Синхронное быстродействующее авр в сетях с двигательной нагрузкой

Цель работы: Ознакомление с принципом действия синхронного быстродействующего АВР (СБАВР) и работы схемы задержки контактов магнитного пускателя.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В системах электроснабжения при наличии двух и более источников питания часто целесообразно работать по разомкнутой схеме, все источники включены, но не связаны между собой. Основной недостаток такой работы сети -низкая надежность, так как отключение единственного источника приводит к прекращению питания всех его потребителей. Электроснабжение потребителей, потерявших питание, можно восстановить автоматическим подключением к другому источнику питания с помощью устройства автоматического включения резервного источника (УАВР).

Основными способами пуска УАВР являются:

- пуск при несоответствии положений выключателя на вводе и его ключа управления (выключатель отключился, в то время как ключ остался включенным)

- пуск от реле минимального напряжения (для асинхронных двигателей) или других пусковых органов (ПО).

При наличии синхронных двигателей на секциях используют специальный ПО.

1. Пусковой орган выполнен на реле частоты. Включение УАВР производится при снижении частоты на 0,5 - 1 Гц. При общем снижении частоты в питающей сети срабатывают реле частоты на обеих секциях и АВР не действует. Если исчезает напряжение на одном из выводов, то частота снизится лишь на одной секции, отключится выключатель поврежденного ввода и сработает УАВР. Применяются схемы с одним и двумя реле частоты на каждой секции. Предпочтение отдают ПО, выполненному с двумя реле частоты из-за возможности ложного срабатывания схем с одним реле частоты.

2. Использование реле частоты и реле мощности. Устройство АВР срабатывает, если одновременно со снижением частоты изменяется направление мощности (в зависимости от конкретных условий - реактивной или активной) на одном из вводов, либо по нему перестает поступать мощность, что может быть при КЗ в цепи ввода или при исчезновении напряжения на нем.

3. В последнее время применяется АВР с ПО, реагирующим на угол сдвига между векторами напряжения на двух секциях. Устройство АВР включается при увеличении угла между векторами напряжения на обеих секциях. Устройство АВР с контролем угла серийно не выпускается. В нем используются серийно выпускаемые реле контроля синхронизма типа РН-55/200, требующие, однако, некоторой реконструкции. Кроме того, это устройство имеет сравнительно большое время срабатывания (в некоторых случаях оно достигает 0,4с и более), что определяется временем расхождения векторов напряжений секции на угол300-360°. Устройство не исключает также возможность несинхронной подачи напряжения на двигатели в режиме АВР. В данной лабораторной работе рассматривается схема ПО АВР без указанных недостатков. ПО выполнен на простых, серийно выпускаемых реле напряжения.

ПРИНЦИП РАБОТЫ СБАВР

В данной работе применена схема быстродействующего АВР в сети собственных нужд напряжения 0,4кВ с двигательной нагрузкой. Устройство (рис.1) содержит избирательные реле минимального напряжения 1РН и 2РН первой и второй секций, включенные соответственно на напряжения ΔU₁ =U_A1 –U_С2 и ΔU₂ = U_С1 - U_А2. Пусковое реле максимального напряжения РН включено на напряжение ΔU = U_A1 - U_A2 . Пусковой орган АВР содержит выходные промежуточные реле 1РП и 2РП, контакты которых используются для включения секционного выключателя.

При потере питания на одной из секций в результате затухания на ней частоты напряжения происходит увеличение угла между векторами напряжений первой и второй секций. Если один из векторов напряжения, например резервного питания, принять условно неподвижным, то при потере рабочего питания из-за снижения частоты остаточного напряжения двигателя на секции U_ост, угол δ изменяется и по направлению вращения вектора U_ост относительно условного неподвижного можно определить на какой секции произошла потеря питания.

Для нормальной работы ПО СБАВР необходима общая нулевая точка для секций. В промышленности для разделения силовых цепей от цепей релейной защиты применяют трансформатор напряжения (см. рис. 5.1). В качестве общей нулевой точки может быть использована нейтраль трансформатора напряжения (ТН). Уставка срабатывания реле минимального напряжения принята равной 0,7U_ф (154В), а реле максимального напряжения 1,4U_ф (310 В). Указанные значения напряжений получены из условия, что напряжение секции к моменту исчезновения на ней питания осталось номинальным. Значение уставок реле соответствует углу 90° между векторами резервного и рабочего питания при исчезновении напряжения на последнем. Значение угла принято из условия отстройки от его возможных изменений в различных режимах нагрузки и КЗ в сети.

Вместо ТН для связи секций через нулевой провод применены конденсаторы, соединенные в звезду (см. рис. 5.3). При отсутствии напряжения на одной из секций к реле 1РН и 2РН приложено напряжение, близкое к фазному, т.к. сопротивление конденсаторов мало по сравнению с реактивным сопротивление катушек реле. Поэтому уставку реле 1РН и 2РН необходимо принять больше фазного напряжения. Также конденсаторная батарея используется для поддержания напряжения на секции при отключении рабочего питания.

Рассмотрим работу ПО СБАВР для рис. 5.1.

Рисунок 5.1 – Принципиальная схема СБАВР

Рисунок 5.2 – Принципиальная схема пускового органа быстродействующего АВР

В нормальном режиме секции питаются от своих источников питания и реле 1РН и 2РН находятся в сработавшем состоянии, так как к ним приложены напряжения, близкие по значению к линейным. Реле РН не срабатывает, так как к нему приложено напряжение, близкое к нулю.

При потере питания, например на секции 1, система векторов Э.Д.С. двигателей этой секции начнет вращаться относительно системы векторов напряжения секции 2. После достижения между векторами этих систем значения угла, равного 90°, реле РН срабатывает, а 1РН – отпадает. Замыкание контактов этих реле приводит к срабатыванию промежуточного реле 1РП, которое самоблокируясь через свой замыкающий контакт, отключает выключатель и размыкает свои контакты в цепи промежуточного реле 2РП,предотвращая таким образом срабатывание 2РП при дальнейшем относительном повороте системы векторов ЭДС двигателей и отпадании реле 2РН.Включение выключателя ЗВ происходит после отпадания реле РН, т.е. разностное напряжение приложенное к двигателям, будет меньше 1,4U_ном. Такой контроль позволяет исключить несинхронную подачу резервного напряжения. Если двигатели допускают несинхронное включение (как правило, двигатели небольшой мощности), то этот контроль можно ликвидировать замыканием накладки Н.

Работа схемы при потере питания на секции 2 отличается тем, что вначале отпадает реле 2РН и срабатывает реле РН и 2РП. При дальнейшем повороте системы векторов ЭДС двигателей отпадает реле 1РН.

Работа лабораторного стенда аналогична изложенному выше. Только значения уставок 1РН и 2РН выбираем равными 1,1U_ф (242 В).

При возникновении однофазных или трехфазных к.з. на линиях, отходящих от шин подстанции к потребителям, угол между одноименными векторами взаиморезервируемых напряжений меньше 90⁰, а остаточное напряжение ниже номинального, поэтому напряжение на реле РН не достигает уставки его срабатывания (1,4U_ф). Возможное в этом случае отпадание реле 1РН и 2РН не приводит к неправильной работе ПО АВР, так как реле РН при этом не срабатывает. При двухфазном к.з. в распределительной сети напряжение на реле РН не превысит 0,87U_ф, что не достаточно для его срабатывания. Это же напряжение, приложенное к реле 1РН или 2РН, является минимально возможным в этом режиме, и поэтому они остаются в сработавшем состоянии. Таким образом, фиксация потери питания путем контроля срабатывания одовременно двух реле напряжения (РН и 1РН или 2РН) и соответствующий выбор их уставок позволяют исключить неправильную работу ПО АВР при возникновении различных видов к.з. в распределительной сети потребителей, а также при возникновении неисправностей в измерительных цепях напряжения.

По указанным выше причинам ПО АВР не срабатывает также при к.з. на питающих линиях, отключаемых быстродействующими защитами. Таким образом при к.з. в питающих и распределительной сетях искажения угловых соотношений между векторами напряжений, поданных на ПО АВР, не приводят к его срабатыванию при условии сохранения синхронной работы рабочего и резервного источника питания. В случае к.з. в зоне действия вторых и третьих ступеней защит линий, отходящих от шин питающих подстанций. ПО АВР может сработать только при нарушении устойчивости работы двигателей. В этих случаях ускоряется переключение питания и осуществляются ресинхронизация и самозапуск двигателей.

В разработанной установке лабораторного стенда ПО выполнен на реле РН 53/400 (РН) и двух реле РН 54/320 (1РН, 2РН). В качестве выключателей (рис.1) применяются магнитные пускатели ПМП – 21049 и ПНП – 20404А.

Рисунок 5.3 – Принципиальная схема лабораторной установки СБАВР

Рисунок 5.4 – Схема задержки контакта магнитного пускателя

Рисунок 5 Векторные диаграммы напряжений в нормальном режиме (δ=0) и при потере питания на первой секции, соответственно для реле 1РН (а), РН (б), 2РН (в)

Рисунок 5.6 – Схема включения секционного магнитного пускателя В3

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться со схемой устройства СБАВР и схемы задержки контактов магнитного пускателя.

2. Подать переменное (380В) и постоянное (220В) напряжение на стенд.

3. Подать напряжение на первую и вторую систему шин, включением кнопки соответствующего магнитного пускателя (1В и 2В). По показаниям вольтметров убедиться, что на секции подано напряжение.

4. Проверить, что АВР не работает без двигательной нагрузки, отключением магнитного пускателя (1В или 2В).

5. Выставить уставки реле 1РН, 2РН и РН.

6. Включить двигательную нагрузку секции 1и 2, нажатием на кнопку включение магнитного пускателя 4В и 5В.

7. Проверить действие АВР с двигательной нагрузкой при исчезновении питания на второй секции.

8. Определить зону работы реле РН, а значит и АВР, изменением уставки реле.

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНТАКТОРАМИ НА ПЕРЕМЕННОМ И ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

Часть 2

Цель работы: изучение конструкции контакторов и магнитных пускателей переменного тока, схем управления контакторами на пере­менном и постоянном оперативном токе.

КОНТАКТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Контакторы переменного тока (далее контакторы) служат для дистанционного и автоматического управления электродвига­телями или какими-либо другими цепями в установках переменно­го тока напряжением до 1000 В. Контакторы не защищают элек­трические цепи от ненормальных режимов (коротких замыканий, перегрузок и т. п.) и могут быть использованы для частых вклю­чений и отключений цепей.

Принцип устройства контактора поясняет рис.5.7. При подаче переменного напряжения на катушку удерживающего электромагни­та 4 якорь 3 притягивается к его сердечнику 5 и контакт 1 замыкается. Для удержания контактора во включенном положении катушка электромагнита 4 все время должна обтекаться током, так как контакторы нормально удерживающих защелок не имеют.

Для отключения контактора достаточно обесточить удержи­вающий электромагнит, после чего контактор отключится под действием собственного веса подвижных частей. Некоторые кон­такторы имеют отключающие пружины.

Контакторы обычно снабжаются дугогасительными решетками 6 с металлическими пластинами или с пластинами из дугостойкого изоляционного материала.

Для облегчения управления, контакторы снабжаются размы­кающими и замыкающими блок-контактами.

Изготовляются также контакторы с нормально замкнутыми контактами (при обесточенной катушке удерживающего электро­магнита). После возбуждения током удерживающего электромагни­та эти контакторы отключаются. Контакторы такого типа приме­няются в различных схемах автоматического управления.

МАГНИТНЫЕ ПУСКАТЕЛИ

Магнитные пускатели применяются для дистанционного управ­ления асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями, включаемыми на полное напряжение сети.

Магнитный пускатель состоит из трехполюсного контактора, двух тепловых реле и блок-контактов, встроенных в общий кор­пус (см. рис. 5.8 ).

При помощи тепловых реле, встроенных в пускатель, осу­ществляется защита от перегрузок. Каждое тепловое реле содер­жит биметаллический элемент 6 (или 6'), нагреваемый нихромовым нагревательным элементом 4 (или 4'), по которому проте­кает ток электродвигателя. Биметаллический элемент представ­ляет собой две соединенные друг с другом пластины из разных сплавов, обладающих различными коэффициентами линейного рас­ширения при нагреве.

При перегрузке пластины сильно нагреваются от нагрева­тельного элемента 4 (или 4') и вследствие неодинакового ли­нейного расширения изгибаются и размыкают контакты тепловых реле 5 (или 5'). Тепловые реле включают последовательно в цепь удерживающего электромагнита 1, поэтому при размыкании любого из контактов теплового реле цепь последнего размыкает­ся и пускатель отключается.

Магнитные пускатели, как и контакторы, не защищают цепь от коротких замыканий, поэтому в цепях электродвигателей до­полнительно устанавливают плавкие предохранители или автоматы.

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНТАКТОРАМИ

В зависисмости от назначения применяются различные схемы управления контакторами (рис. 5.9 - 5.12 ).

Рассмотрим некоторые их недостатки и достоинства.

Схема рис.5.9 не обеспечивает самозапуск электродвигателя, т.к. при исчезновении напряжения 380В контактор отключается, размыкая свой блок-контакт К.

Достоинство схемы рис.5.10 - простота и возможность самоза­пуска двигателя, поскольку цепь катушки электромагнита вклю­чения К контактора остается замкнутой и при отсутствии напря­жения питающей сети, что обеспечивается ключом управления КУ с фиксацией на два положения. Однако применение данной схемы ограничено по условиям техники безопасности.

Схему рис. 5.11 можно использовать для управления ответствен­ными двигателями 0,4 кВ. Схема работает следующим образом: при нажатии кнопки "пуск" на катушку электромагнита контак­тора К подается напряжение питающей сети и контактор включат­ся. При этом замыкается его блок-контакт К, шунтируя кнопку "пуск", и контактор становится на "самоподхват". Одновременно с подачей напряжения на катушку контактора появляется выпрям­ленное напряжение на промежуточном реле включения РПВ, кото­рое своим контактом также шунтирует кнопку "пуск". При нажатии кнопки "стоп" по­является напряжение на реле отключения РПО2. Нормально замкнутый контакт РПО 2 размыкается и остается в таком положении в тече­ние 2,7 сек. За это время отключается контактор, его блок-контакт К размыкается и по истечении 2,5 сек размыкается кон­такт РПВ. Через 0,2 сек. после этого контакт РПО 2 возвращается в нормальное положение и схема рис. 5.11 готова к следующему пуску.

К достоинству этой схемы относится обеспечение самоза­пуска двигателя (после исчезновения напряжения в питающей сети схема остается во включенном положении через контакт РПВ на 2,5 сек.) и отключение двигателя от сети, если напряжение не восстановилось в течение заданного времени.

Недостаток - усложнение схемы, необходимость согласования выдержек времени промежуточных реле РПВ и РПО 2 по условию t_зам РПО2 = t_отклРПВ+0,2с.

Рисунок 5.7 – Схема устройства контактора переменного тока

Рисунок 5.8– Принципиальная схема магнитного пускателя

Рисунок 5.9 – Схема управления контактором при помощи кнопок

Рисунок 5.10 – Схема управления контактором при помощи КУ

Рисунок 5.11– Схема управления контактором с задержкой отключения

При исчезновении напряжения

Применение оперативного переменного тока ограничено по условиям ТБ, поэтому на БЩУ используют схемы управления кон­такторами на постоянном оперативном токе, упрощенный вариант которой представлен на рис.5.12. Данная схема обладает теми же достоинствами, что и предыдущая, но более безопасна и менее сложна, т.к. нет необходимости согласовывать выдержки времени двух реле.

Рисунок 6

Рисунок 5.12 – Схема управления контактором на постоянном

Оперативном токе

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с конструкцией контактора переменного тока и магнитного пускателя, представленных на лабораторном стенде.

2. Собрать схему рис. 5.9. Произвести пуск и останов двигателя. При помощи автомата сети 380В имитировать потерю и вос­становление напряжения питающей сети и убедиться в том, что схема не обеспечивает самозапуск двигателя.

3. Собрать схему рис. 5.10. Запустив двигатель имитировать кратковременную потерю питания и убедиться в том, что данная схема обеспечивает самозапуск.

4. Собрать схему рис. 5.11. Произвести пуск, останов двигателя, имитировать кратковременное (t< 2,5 с) и длительное (t > 2,5 с) отсутствие напряжения питающей сети, наблюдая за работой схемы.

5. Собрать схему рис. 5.12. Проследить очередность работы реле РПВ и РПО 1 в режимах пуска, останова двигателя, а также при кратковременном отсутствии переменного напряжения 380В.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Схемы, используемые в работе.

3. Наблюдения за работой схем.

4. Выводы по работе.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему лабораторной установки СБАВР.

2. Принципиальную схему пускового органа быстродействующего АВР.

3. Схему задержки контактов магнитного пускателя.

4. Векторные диаграммы напряжений реле 1РН, РН и 2РН.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение АВР.

2. Области применения АВР.

3. Технический и экономический эффект АВР.

4. Требования предъявляемые к АВР.

5. Основные принципы построения устройств автоматического включения резервного питания.

6. Объяснить принцип работы ПО СБАВР.

7. Как получены уставки срабатывания реле 1РН, 2РН и РН?

8. Каковы причины вызывающие увеличение угла d?

9. Объясните, почему при возникновении КЗ на шинах подстанций, отходящих к потребителю, не приводит к ложной работе ПО АВР?

10. Объясните принцип работы схемы задержки контакторов?

Лабораторная работа 6