Защита генератора от активного обратного воздействия

Общее понятие селективности

Как уже было сказано, под селективностью понимается свойство релейной защиты. Определяется возможностью искать неисправный элемент во всей электрической сети и отключать аварийный участок, а не всю систему.

Избирательная защита может быть абсолютной и относительной.

1. Абсолютная защита предполагает точное срабатывание предохранителей на том участке сети, где произошло короткое замыкание или пробой.
2. Относительная избирательность вызывает отключение автоматов, также находящихся вблизи места пробоя, если защита в этих зонах не сработала.

Как работает реле обратного тока генератора постоянного тока?

1. Назначение реле — переключение цепи зарядки, когда напряжение генератора выше напряжения аккумулятора, т.е превышает 13В, и отключение этой цепи в противном случае. Катушка реле подключается одним концом к выходной клемме генератора, а другим концом к земле. Катушка устроена таким образом, что при достижении определенного уровня напряжения на выходе генератора формирует магнитное поле, достаточное для притяжения стальной пластины (якоря) с контактами (см рис. 3.66).

Обратите внимание, что при неработающем двигателе и включенном зажигании загорается сигнальная лампа. Когда двигатель разгоняется до скорости, при которой выходное напряжение генератора достигает напряжения аккумуляторной батареи, сигнальная лампа гаснет. Катушка реле обратного тока притягивает якорь, и контакты включают цепь, соединяющую генератор с аккумуляторной батареей и замыкающую накоротко сигнальную лампу.

2. При опускании якоря реле замыкает контакты, соединяющие выход генератора с аккумулятором. При уменьшении оборотов двигателя напряжение на выходе генератора падает до уровня, при котором магнитное поле катушки реле не выдерживает усилия возвратной пружины якоря, тогда якорь поднимается и размыкает контакты.

Эмалированный медный провод. Эта обмотка создает основное магнитное поле катушки. Вторая обмотка содержит несколько витков толстого медного провода и последовательно включена в цепь зарядки аккумулятора. Он пропускает через себя весь зарядный ток. При замыкании контактов большой зарядный ток, протекающий через последовательную обмотку, создает в катушке дополнительное магнитное поле, которое помогает полю, создаваемому последовательной обмоткой, плотно прижиматься к контактам, пропуская зарядный ток.

Если напряжение генератора падает ниже напряжения аккумулятора, например, на холостом ходу, ток в последовательной катушке меняет направление, т е начинает течь от аккумулятора к генератору. При этом последовательная обмотка создает магнитное поле, противоположное основной катушке, тем самым помогая возвратной пружине быстро и надежно размыкать контакты реле.

4. Обратите внимание на пластинчатую пружину с винтом регулировки напряжения включения реле. Обычно такая пружина состоит из двух склепанных между собой металлических полос с разным коэффициентом теплового расширения. При нагревании такая пружина будет гнуться.

По мере повышения температуры в моторном отсеке сопротивление параллельной обмотки увеличивается и требуется большее напряжение на выходе генератора для притяжения якоря. Биметаллическая пружина в этом случае играет роль компенсатора: она прогибается и снижает сопротивление притяжению якоря реле. Таким образом, замыкание и размыкание контактов происходит при почти постоянном напряжении.

Нагрузка

В данном контексте термин нагрузка относится ко всем электроприборам, которые используются в доме или квартире и потребляют электроэнергию. Наверняка все знают, что такое КПД — коэффициент полезного действия. Этот параметр определяет, сколько энергии используется для полезного действия, а сколько для побочного эффекта.

Возьмем к примеру лампу накаливания, ее основная задача светить, но при этом еще и нагреваться. Около 40% используемой энергии идет на отопление и только 60% на освещение. Отсюда КПД = 0,6. Здесь все просто, но есть еще и коэффициент мощности или, как говорят, косинус фи. Что это?

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, о реактивной мощности говорить не приходится. В таких схемах мгновенные и полные значения мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения емкостных и индуктивных нагрузок.

Аналогичная ситуация возникает при наличии чисто активных резисторов в синусоидальных цепях. Но если в такую ​​электрическую цепь включить приборы с индуктивными или емкостными сопротивлениями, то возникает фазовый сдвиг тока и напряжения.

При этом на индуктивностях наблюдается запаздывание фазы тока, а на емкостных элементах фаза тока сдвинута так, что ток опережает напряжение. Из-за нарушения гармоник тока полная мощность раскладывается на две составляющие. Емкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных сил.

Главные функции

Ключевыми задачами селективной защиты являются обеспечение бесперебойной работы электросистемы и недопустимость возгорания механизмов при появлении угроз. Единственным условием корректной работы этого вида защиты является согласованность блоков защиты между собой.

Как только возникает аварийная ситуация, поврежденная часть немедленно идентифицируется и отключается с помощью селективной защиты. При этом полезные пространства продолжают функционировать, и инвалиды этому никак не мешают. Селективность значительно снижает нагрузку на электроустановки.

Основной принцип устройства этого вида защиты заключается в оборудовании автоматов с номинальным током меньше, чем у устройства на вводе. В сумме они могут превышать номинал групповой машины, но по отдельности — никогда. Например, при установке вводного устройства на 50 А следующее устройство не должно иметь номинал выше 40 А. Первым всегда будет срабатывать устройство, максимально близкое к аварийному месту.

ПРИМЕЧАНИЕ! Выбор автоматов, в том числе и для защиты с абсолютной селективностью, зависит от их номинальных и эксплуатационных характеристик, которые имеют обозначения Б, С и Д. Часто в качестве устройств, защищающих электросистему, служат различные типы автоматов, предохранителей, УЗО.

Таким образом, к основным признакам селективной защиты относятся:

• обеспечивать безопасность электроприборов и рабочих;
• быстрое выявление и закрытие зоны электросистемы, где произошла авария (при этом рабочие зоны не перестают работать);
• снижение негативных последствий для рабочих органов электромеханизмов;
• снизить нагрузку на составные механизмы, предотвратить поломку в дефектной зоне;
• гарантия бесперебойного рабочего процесса и постоянного электроснабжения на высоком уровне.
• поддержка оптимальной работы конкретной установки.

Мощность генератора. Обозначения характеристик дизельных генераторов

Таким образом, мгновенную мощность можно представить в виде векторной суммы двух составляющих — активной и реактивной мощности.

Активная мощность характеризует скорость необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии (тепловую, электромагнитную). Единицей измерения активной мощности является Ватт (Вт, Вт).

Реактивная мощность – это энергия, перекачиваемая от источника к реактивным элементам приемника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателя), а затем возвращаемая этими элементами обратно к источнику в течение периода колебаний, относящегося к этому периоду.

Генераторы рассчитаны на определенный номинальный ток и определенное номинальное напряжение, которое зависит от конструкции машины, размеров основных частей и т д. Нельзя значительно увеличивать номинальный ток или номинальное напряжение, так как это может привести к недопустимый нагрев обмоток генератора или пробой их изоляции.

Поэтому каждый генератор может длительное время без опасности аварии вырабатывать только вполне определенную мощность, равную произведению номинального тока на номинальное напряжение. Произведение действующих значений тока и напряжения называется полной мощностью.

Полная мощность имеет практическое значение как величина, характеризующая нагрузки, реально возлагаемые потребителем на элементы питающей сети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередач), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от энергия, фактически использованная потребителем. Полная мощность – это наибольшее значение активной мощности при заданных значениях тока и напряжения.

Он характеризует максимальную мощность, которую можно получить от источника переменного тока при условии отсутствия фазового сдвига между током и проходящим через него напряжением. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (В*А) или киловольт-амперах (кВ*А).

Активная мощность дизель-генератора является характеристикой генератора, тогда как реактивная мощность в большей степени является характеристикой электрической цепи и зависит от наличия в цепи накопителей энергии, таких как дроссель или конденсатор.

Свойство, показывающее, насколько эффективно мощность используется в электрической цепи, называется коэффициентом мощности. Чем выше коэффициент мощности схемы, тем эффективнее используется мощность дизель-генератора.

Стандартное обозначение мощности дизель-генератора (например, для генератора AIRMAN SDG 100 S) выглядит так:

64 кВт/(80 кВА)

Это означает, что при коэффициенте мощности 0,8 и частоте переменного тока 50 Гц

Активная мощность генератора составит — 64 кВт,

Суммарная мощность генератора составит — 80 кВА

Надо понимать, что указанные выше значения мощности работают (номинально), т.е дизельные электростанции способны отдавать такую ​​мощность при продолжительной работе. Максимально допустимые (пиковые) нагрузки на генератор будут выше номинальных в среднем на 15-20% в зависимости от производителя и модели.

Цели и способы защиты генераторов от обратной мощности и обратного тока

Требования к устойчивой параллельной работе генераторов.

Включение синхронных генераторов в параллельную работу может осуществляться тремя способами: точной синхронизацией, грубой синхронизацией и самосинхронизацией. При параллельной работе синхронных генераторов действуют моменты, которые без внешнего вмешательства обеспечивают устойчивую параллельную работу синхронных генераторов при точном равенстве между их скоростями вращения и синхронной скоростью. Этими моментами (для машины с явно выраженными полюсами) являются: синхронизирующий момент, реактивный момент и асинхронный момент.

Это можно объяснить несколько иначе, а именно следующим образом. Для обеспечения равномерного распределения нагрузки между синхронными генераторами, работающими параллельно, без регулировки необходимо полностью соблюдать как внешние характеристики генераторов для обеспечения равномерного распределения реактивной нагрузки между генераторами, так и соблюдение скорости характеристики первичных двигателей генераторов, чтобы обеспечить равномерное распределение активной мощности между генераторами и, следовательно, равномерную нагрузку двигателей.

1. Цель защиты — предохранить генераторы от перехода в режим электродвигателя. Этот режим возможен в случае резкого снижения скорости одной из параллельных генераторных установок или при неправильном подключении генератора к судовой сети.

Коэффициент мощности

На графике коэффициент мощности представляет собой расстояние по оси абсцисс между волнами напряжения и тока и рассчитывается через косинус угла сдвига. Например, угол сдвига равен 60°, а cos 60° = 0,5, в результате коэффициент мощности такого потребителя равен 0,5. Это означает, что 50% потребляемой мощности преобразуется в полезную деятельность, а оставшиеся 50% возвращаются обратно в сеть. При этом электросчетчик учитывает всю электроэнергию и за нее надо платить. Можно ли сделать так, чтобы реактивная энергия не учитывалась — да, но изначально следует учитывать множество нюансов.

Читайте также: Электролиз: что это такое, применение, суть, правила, примеры

Обратите внимание на следующее! Не путайте компенсатор реактивной энергии с устройствами для «перемотки» электросчетчика. За использование последнего предусмотрена уголовная ответственность.

ЗАЩИТА ОБРАТНОЙ МОЩНОСТИ

Цель:
защита генератора от реверса активной мощности предназначена для обнаружения перехода генератора в режим работы двигателя. На турбогенераторах этот режим может возникать при прекращении подачи пара на турбину. Прекращение подачи пара повышает вероятность перегрева лопаток ЦНД турбины, что может привести к их механическим повреждениям.

На гидроагрегатах закрытие лопасти приводит к падению напряжения, что приводит к потреблению энергии из сети. Этот расход может достигать 10 % от номинальной мощности гидроагрегата из-за больших затрат на перемешивание воды в проточной части турбины. Но особую опасность представляют случаи неправильного подключения генератора к системе питания, когда он к этому не подготовлен.

Защита срабатывает только при отрицательном значении активной мощности генератора в симметричном режиме и отстраивается от постоянной по величине систематической погрешности измерения, определяемой погрешностями трансформаторов тока и напряжения. Защита также нечувствительна к апериодическим составляющим и высшим гармоникам напряжения и тока благодаря использованию цифровых полосовых фильтров.

Защита получает информацию от трансформаторов тока и напряжения, поступающую с линейных выходов генератора, и использует фазные токи и линейные напряжения.

При обнаружении неисправности в цепях напряжения защита должна быть заблокирована.

В состав вооруженных сил входят следующие органы:

• • элемент максимальной активной мощности с управлением по знаку с диапазоном возможных настроек от 0,01 до 0,5 с шагом 0,001 номинальной мощности генератора (типовое значение настройки 0,01 Рномг); установка угла предполагается равной 180°.
• • элемент блокировки минимального напряжения с уставкой 0,1 номинального напряжения генератора;
• • таймер, через который защита воздействует на выходные цепи. Диапазон настройки составляет от 0,1 до 10 с шагом 0,1 с.Окончательное значение выдержки времени выбирается исходя из допустимой продолжительности работы генератора в режиме двигателя.

Виды селективной защиты

Полная и частичная

Полная защита предназначена для последовательного соединения устройств. В случае аварии ближайшее к месту неисправности защитное устройство сработает максимально быстро. Частичная селективная защита во многом аналогична полной, но работает только до определенного значения тока.

Временная и времятоковая

Селективность по времени – это когда последовательно соединенные устройства с одинаковыми токовыми характеристиками имеют разную выдержку времени срабатывания (с последовательным нарастанием от проблемной зоны к источнику тока).

Временная защита используется для того, чтобы машины могли подстраховать друг друга в случае выхода из строя. Например, первый должен сработать через 0,1 секунды, если он неверный, то второй сработает через 0,5 секунды, а при необходимости третий сработает через 1 секунду.

Времятоковая селективность считается максимально сложной. Для него используется оборудование 4-х групп — А, Б, С и Г.

Каждая из них имеет персональную реакцию на электрический ток и отключение в нужный момент. Наилучшая защита достигается в группе А, которая в основном используется для электрических цепей. Самый популярный тип устройств — С, но специалисты не рекомендуют устанавливать их везде и бездумно.

Селективность по току

Этот вариант по способу работы похож на старый, но отличие в том, что основным критерием является максимальное значение текущей отметки. Текущие значения располагаются в порядке убывания от текущего источника к объектам загрузки.

Если в районе выключателя А произошло короткое замыкание, защита конца В не должна сработать, а сам выключатель должен снять напряжение с устройства. Чтобы селективность по току гарантировала полную селективность, необходимо высокое сопротивление между обоими ключами. Это достигается с помощью:

• удлиненная линия электропередач;
• вставки обмотки трансформатора;
• включение в разрыв провода меньшего сечения.

Контроль цепей напряжения (КЦН)

Здесь стоит отметить, что управление цепями напряжения обычно входит в состав защит и автоматики там, где есть цепи напряжения (дистанционное управление, направленные, АВР и так далее.

Здесь речь идет об алгоритме ККТ в клемме ТН(10) кВ, который я упустил из виду, когда писал соответствующую статью. Этот алгоритм обычно воздействует на сигнализацию для привлечения дежурного и оперативного персонала.

По принципу работы наверное самый надежный алгоритм КЦН сравнения суммы фазных напряжений и напряжения 3Uо от ТН. Если разница между этими значениями значительна, возможно, произошел обрыв провода.

Полное отключение цепей ТН контролируется через вспомогательный контакт фидера сборных шин ТН (через дискретный вход). Существуют и другие алгоритмы CCI, но мы их сейчас рассматривать не будем.

Следует отметить, что данная функция может быть реализована и в других зажимах с цепями напряжения (например, на вводных зажимах), но удобнее это сделать в трансформаторе напряжения

В состав защиты и автоматики ТН 6 (10) кВ добавится КЦН.

Как выбрать эл счетчик для дома

У хозяина каждого дома или квартиры периодически возникает такой вопрос: какой электросчетчик лучше поставить в квартиру (дом). Теоретически за счетчик отвечает компания, которая продает вам электроэнергию, но на практике этот вопрос должны решать жильцы дома или квартиры. Вы обязаны иметь счетчик и менять его по мере необходимости, например, если он старый и не соответствует современным требованиям.

И тут возникает большой вопрос – как выбрать электросчетчик в квартиру и каким требованиям он должен соответствовать.

Если вы посмотрите варианты прилавков в специализированном магазине, то столкнетесь с огромным их разнообразием и сложностью выбора. Итак, как правильно выбрать электросчетчик при их широком выборе? Во-первых, давайте посмотрим на их типы.

1. Виды счетчиков электроэнергии

Сегодня энергетические компании постоянно предлагают и даже настаивают на замене старых приборов на новые. И на это есть причины. Например, счетчики электроэнергии старого образца не способны учитывать энергопотребление при малой мощности.

Их класс точности 2,5. Это количество потребляемой электроэнергии в режиме ожидания. Что касается новых счетчиков, то они способны фиксировать более точные показатели. Сегодня можно купить класс 2, 1 и 0,5 метра.

Счетчики делятся на два типа: индукционные и электронные.

Индукционный счетчик.

В этом типе устройства есть две катушки, катушка напряжения и катушка тока. За счет магнитного поля этих катушек вращается диск, приводящий в движение весь механизм для подсчета электроэнергии. Скорость вращения диска напрямую зависит от загрузки сети. Чем выше нагрузка, тем выше скорость, соответственно показания счетчика увеличатся. В его работе есть один минус.

Придать класс точности выше 2 очень сложно и дорого. Но есть явное преимущество индукционного счетчика. Срок их службы составляет пятнадцать лет и более. Этот показатель свидетельствует о его высокой надежности. По всей России в домах и квартирах установлено пятьдесят миллионов таких устройств.

Электронный счетчик.

Работа этого прибора осуществляется прямым измерением напряжения и силы тока. Вся информация передается на индикатор в электронном виде и остается в памяти счетчика. Следует отметить, что такие устройства имеют ряд преимуществ. Например, они компактны по размеру, ведут многотарифный учет. Кроме того, электронные счетчики электроэнергии могут быть интегрированы в автоматизированную систему коммерческого учета. Это стало возможным благодаря существующему стандартному интерфейсу. Наличие цифрового индикатора позволяет очень легко считывать информацию.

1. Счетчики делятся на однотарифные и многотарифные.

Главный параметр с точки зрения экономии – количество тарифов, включенных в счетчик электроэнергии на квартиру; бывают однотарифные, двухтарифные или многотарифные счетчики электроэнергии.

Компенсация реактивной энергии

В силу особенностей работы таких устройств влияние реактивной энергии нельзя избежать, но можно его компенсировать.

Можно провести эксперимент, подключив катушку (трансформатор на холостом ходу) к сети и измерив ток в цепи. Важна не индикация, а ее наличие. Теперь рассмотрим ту же схему с конденсатором вместо катушки индуктивности. Тоже будет актуально. Это означает, что работа не выполняется, а счетчик ведет подсчет.

Если соединить катушку и конденсатор параллельно, амперметры 1 и 2 покажут ток на катушке и на емкости. При этом амперметр 3 при условии равенства коэффициентов мощности обоих потребителей покажет нулевое значение. Задача выполнена, и текущий сдвиг в одну сторону компенсируется соответствующим сдвигом в другую сторону.

Именно по такому принципу работает так называемый «перевернутый электрогенератор». Но как это работает на практике и в чем будет заключаться экономия?

Расчет селективности автоматов

В большинстве случаев защитные устройства представляют собой не какие-то сложные устройства, а стандартные и всем известные автоматические выключатели. Чтобы придать им нужную избирательность, нужно всего лишь выбрать правильные настройки параметров. Работа таких устройств основана на следующем условии:

Ик.о.пост ≥ Кн.о.* В к.пред., где:

• Iс.о.послед — ток, при котором срабатывает защита;
• В к пред. — ток короткого замыкания в конце зоны защиты;
• Кн.о. — коэффициент надежности, который зависит от ряда настроек.

Селективность временного управления устройствами можно рассчитать по следующей схеме:

tс.о.пост ≥ tк.пред.+ ∆t, где:

• tс.о.пост и tк.пред. — интервалы времени, через которые срабатывают отсечки автоматов в порядке приближения к источнику питания;
• ∆t – временной шаг селективности.

Бытовые устройства

Есть еще большие сомнения в возможности покупки генератора обратного тока для дома. Производители таких устройств просто не могут знать, какая техника у вас дома, когда и на какое время пылесос, вентилятор, мощность вашего холодильника и сколько в доме электроники с конденсаторами и блоками питания. Обычно такие агрегаты рассчитываются, что называется, «на глазок», и о 5% экономии не может быть и речи. Максимум, которого можно достичь, составляет 0,5 или самое большее 1%. Учитывая цену устройств, передаваемых в Интернете, при такой эффективности их окупаемость почти нулевая. Стоит ли оно того?

Гораздо эффективнее применять этот принцип индивидуально и на основании замеров угла отклонения подбирать подходящую мощность для каждого более-менее мощного оборудования с электродвигателем.

Промышленные компенсаторы реактивной энергии

Каждая компания имеет определенный набор оборудования и четкий алгоритм работы. Это означает, что полный фазовый сдвиг можно определить путем подсчета или измерения. Благодаря этому легко подобрать нужную емкость конденсаторной батареи и рассчитать частоту подключения. На практике такие установки позволяют экономить до 4 % электроэнергии, что при общем потреблении в тысячи или десятки тысяч киловатт вполне заметно.

Важно! Использование компенсаторов реактивной энергии вполне законно.