Отключение с помощью вакуумных выключателей межфазных коротких замыканий мощной электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов

повсеместно наблюдались потери тепла через открытые форточки квартир, что может свидетельствовать о плохой регулировке отопительной системы.

Были разработаны рекомендации по уменьшению теплопотерь здания:

1. Использовать современные теплоизоляционные материалы при утеплении жилого дома, применение которых уменьшает теплопотери (на 46,5 % — при использовании в качестве утеплителя минеральной ваты (базальтовой) или пенопласта пенополистерола толщиной 150 мм; на 55,5 % — при использовании пеноплекса и теп-лексатолщиной 150 мм [6]).

2. Эффективнее регулировать отопительную систему Например, использовать автоматиче-

ское регулирование теплового потока посредством радиаторных термостатических клапанов (РТК), которые предназначены для полного или частичного перекрывания потока теплоносителя, подаваемого системой отопления в отопительный прибор, при повышении температуры воздуха в помещении выше заданного уровня. Правильно подобранный и осознанно эксплуатируемый РТК способен сократить годовое потребление тепловой энергии на 10—20 %.

3. Использовать стеклопакеты вместо обычных окон. Современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Например, для десяти окон размером 1,0x1,6 м экономия достигает киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный Закон № 261 «Об энергосбережении, повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 г.

2. Аникина, И.Д. Тепловизионное обследование жилых зданий [Текст] / И.Д. Аникина, В.В. Сергеев // XXXIX неделя науки СПбГПУ: Матер. междунар. научно-практ. конф. Ч. 111 — СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010.

3. Ливчак, В.И. Тепловизионное обследование не может заменить тепловые испытания зданий [Текст] / В.И. Ливчак // Энергосбережение. — 2006,- №5.

4. ГОСТ 26629-85. Методы тепловизионного

контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций [Текст].— М., 1985.

5. Исаченко, В.П. Теплопередача [Текст]: Учебник для вузов / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, A.C. Сукомел,— М.: Энергоатомиздат, 1981.

6. Аникина, И.Д. Сравнительный анализ эффективности применения современных теплоизоляционных материалов в жилых домах [Текст] / И.Д. Аникина, A.A. Калютик // XXXVIII неделя науки СПбГПУ: матер, междунар. научно-практ. конф. Ч. 111 — СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009.

7. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий [Текст].- М., 2003.

УДК 621.311:621.318

A.C. Адалев, В.Г. Кучинский, Н.С. Мазилкина, E.H. Попков, А.И. Фильчков, В.М.Чайка

ОТКЛЮЧЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ВАКУУМНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ МЕЖФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ МОЩНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Электрические машины с возбуждением от постоянных магнитов стали широко использоваться в различных областях. Эти машины обладают глубоким регулированием и высоким

КПД из-за отсутствия электромагнитной системы возбуждения.

Поскольку поле возбуждения такой машины невозможно погасить, то ее поведение при

4

Энергетика

возникновении коротких замыканий (КЗ) на ее выводах имеет особенности по сравнению с электрическими машинами с электромагнитным возбуждением на роторе. В частности, предотвращение воздействия токов КЗ как на машину, так и на место возникновения КЗ возможно только путем отключения машины от этого места.

Защиту машины от токов трехфазного КЗ можно обеспечить включением в корень каждой звезды трехфазных вакуумных выключателей.

В статье исследуются режимы трехфазного короткого замыкания обмоток вентильной машины и определяются оптимальные алгоритмы отключения ее в аварийных режимах.

Расчетная модель

Рассматриваемая машина мощностью 5 МВт, имеющая на статоре две трехфазные обмотки, работает в двигательном режиме. Питание обмоток осуществляется от преобразователя частоты по двум независимым каналам. Поскольку схемы питания каждой из трехфазных обмоток машины идентичны, то выбранная расчетная схема будет моделировать только один канал питания двигателя, т. е. одну его трехфазную обмотку.

Параметры машины:

Номинальная мощность...............................5 МВт

Номинальное фазное напряжение.............. 700 В

Номинальный фазный ток.......................... 1200 А

Номинальная частота...................................350 Гц

Число фаз.................................................................6

В расчетной модели, показанной на рис. 1, ключи К1, К2, КЗ служат для моделирования

Преобразователь

режима короткого замыкания. Работа защитного выключателя электрической машины моделируется ключами К4, К5, Кб. В модели принято, что отключение тока фазы выключателем будет происходить в момент первого перехода этого тока через ноль. Время срабатывания выключателя после возникновения режима КЗ было выбрано постоянным и равным 8 мс, что является предельно быстрым для существующих вакуумных выключателей.

Основные характеристики отключения режима трехфазного короткого замыкания на линейных выводах машины

Процесс развития токов КЗ зависит от момента времени, когда произошло короткое замыкание, т. е. от величин фазных ЭДС двигателя, которые являются источниками токов КЗ. В силу симметрии фазных ЭДС двигателя при изменении момента возникновения КЗ картина токов короткого замыкания будет повторяться с периодом 60 электрических градусов. Поэтому для учета влияния момента возникновения короткого замыкания на процесс развития токов достаточно проварьировать момент возникновения КЗ в диапазоне от 0 до 60 электрических градусов.

Момент реального прерывания тока КЗ в каждой фазе, возникающий при переходе этого тока через нулевое значение, — индивидуальный для каждой фазы.

Необходимо отметить, что после отключения фазы выключателя, в которой ток первым переходит через ноль, дальнейшее развитие короткого

Двигатель

Выключатель

Рис. 1. Расчетная схема режима КЗ машины

замыкания осуществляется как двухфазное и сопровождается возникновением собственных апериодических составляющих ударных токов.

При расчетах в процессе варьирования момента возникновения КЗ фиксировались наиболее важные величины, такие, как максимальные токи в фазах (1а, /с) и количество периодов действия режима трехфазного КЗ (7) и двухфазного КЗ (Т2). В табл. 1 показаны результаты расчета этих величин для режима внезапного трехфазного короткого замыкания в за-

висимости от момента его возникновения /кз, который варьировался с шагом в 10 электрических градусов. Угол а = 0 соответствует переходу линейного напряжения и^через ноль.

Графики изменения токов во времени показаны на рис. 2. Из рисунка следует, что время протекания трехфазного КЗ составляет три периода, после чего возникает длительный режим двухфазного КЗ (11 периодов).

Представляет интерес возможность сокращения длительности воздействия токов КЗ. Это прежде всего необходимо для того, чтобы снизить энерговыделение в зоне КЗ, которая может находиться в выходном каскаде преобразователя частоты, питающего обмотки вентильной машины. Выделение энергии в зоне КЗ и наличие сильноточной дуги могут нанести существенные повреждения дорогостоящим силовым полупроводниковым устройствам.

Алгоритм срабатывания вакуумного выключателя

Как показали проведенные расчеты, синхронное отключение всех трех вакуумных камер выключателя не позволяет в ряде случаев обеспечить быстрое отключение токов короткого замыкания. Причиной длительного протекания

Таблица 1

Данные расчета длительностей КЗ, амплитуд токов в зависимости от момента возникновения КЗ

а, эл. град Т т 1 2 1а А 4 А /А

0 3 - 5700 6386 3715

10 3 5260 6535 4305

20 3 - 4755 6577 4865

30 3 1 4180 6500 5435

40 3 11 3575 6343 5785

50 3 3115 6064 6140

60 3 3715 5700 6386

Рис. 2. Осциллограммы фазных токов трехфазного КЗ при использования выключателя с одновременным отключением фаз

î

Энергетика

токов КЗ служит большая апериодическая составляющая в токах двухфазного КЗ, которое возникает в случае отключения тока в одной из фаз двигателя при ликвидации начального трехфазного короткого замыкания.

В связи с этим был разработан специальный алгоритм, позволяющий максимально быстро обеспечить отключение токов КЗ. Этот алгоритм требует наличия индивидуальных приводов на каждом полюсе вакуумного трехфазного выключателя.

Алгоритм заключается в следующем:

1. После возникновения КЗ на интервале 1— 1,5 периодов производится вычисление постоянных составляющих всех трех фазных токов.

2. В двух фазах с наибольшими значениями постоянных составляющих производится отключение соответствующих вакуумных дугога-сительных камер.

3. Отключение вакуумной камеры третьей (оставшейся) фазы следует проводить спустя 7 периодов после момента регистрации факта КЗ.

4. При наличии КЗ во втором канале питания машины вычисление постоянных составляющих фазных токов в нем производится через 2—2,5 периода после подачи первой команды на отключение вакуумных камер в первом канале.

5. Дальнейший ход отключения во втором канале должен быть полностью идентичным алгоритму отключения фаз первого канала.

Таблица 2

Данные расчета по предложенному алгоритму

длительностей КЗ и токов в зависимости от момента возникновения КЗ

а,

эл. град.

О 10 20 30 40 50 60

4 А

6386 6535 6577 6500 6343 6064 5700

/.А

5706 5260 5200 4860 4486 3115 3715

/А

3715 4305 4865 5435 5785 6140 6386

Результаты применения данного алгоритма показаны в табл. 2 и на рис. 3. Из этих результатов видно, что длительность протекания этапа двухфазного КЗ сократилась в самом тяжелом случае с 11 периодов до одного периода, а полная длительность токов КЗ сократилась с 14 периодов до 4 периодов.

Рис. 3. Графики фазных токов КЗ при использовании алгоритма раздельного отключения фаз вакуумного выключателя

Проведенные расчеты позволили заключить:

1. Для оперативного отключения токов трехфазного КЗ вентильной машины с возбуждением от постоянных магнитов можно использовать трехфазный вакуумный выключатель, включенный в корень звезды.

2. Синхронное отключение всех трех полюсов выключателя не позволяет в ряде случаев обеспечить быстрое отключение токов КЗ.

3. Для оптимально быстрого отключения токов КЗ следует использовать вакуумный выключатель, имеющий независимые приводы на каждом полюсе.

4. Предложенный алгоритм срабатывания этих приводов выключателя обеспечивает сокращение длительности протекания токов короткого замыкания в наиболее тяжелых случаях с 14 периодов до 4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент М° 014727 Электрическая машина с постоянными магнитами [Текст] / ОАО «НПО «Русский Электропривод»,— 2011 г.

2. Патент № 015042 Система питания и управления многофазной вентильной машиной

[Текст] / ОАО «НПО «Русский Электропривод»,— 2011 г.

3. Макаров, Е.Ф. Справочник по электрическим сетям [Текст] / Е.Ф. Макаров,— М.: Энергия, 2007,- 638 с.

УДК 624.1 5:626/627

Д.А. Ивашинцов, Т.В. Иванова

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Задача сегодняшнего дня для гидротехников — попытаться изменить негативное восприятие нашей профессиональной деятельности широкой общественностью. Именно поэтому при разработке концепции экологической и социальной безопасности гидротехнических объектов необходимо с максимальной тщательностью подходить ко всем вопросам взаимодействия гидроэнергетических объектов (ГЭО) и социума, а также — ГЭО и при-родно-технической системы (ПТС) [1,2].

Для того, чтобы определить эти взаимоотношения и взаимовлияния, требуется, в первую очередь, определиться с понятиями социально-экологической и природно-технической систем, с характером и особенностями экологических, социальных и экономических (в части нас интересующей) факторов [ 3].

Под социумом здесь понимается та часть общества на определенной территории страны, которая подпадает под те или иные воздействия ГЭО. Пространственные границы социума задаются пространственным масштабом воздействия ГЭО на него. Каждому ГЭО соответствует

свой социум со своей территорией, определяемой специальными расчетами.

Под окружающей природной средой ГЭО здесь понимается та часть природы на определенной территории страны, которая испытывает на себе те или иные воздействия ГЭО.

Взаимосвязь социума и природной среды в подавляющей части проходит через материально-техническую сферу. Именно в ней материализуются антропогенные нагрузки, налагаемые на природу человеком.

Социально-экологическим проблемам, возникающим при активном природопользовании, в том числе в целях выработки электроэнергии, посвящены работы таких специалистов, как А.Б. Авакян, Н.В.Арефьев Ю.С.Васильев, А.Б. Векслер, Н.В. Зарубаев, В.В. Каякин, Р. Ки-ни, И. Клима, А.И. Макаров, Ю.Г. Марков, P.E. Мунн, И.В. Семенов, М.П. Федоров, Н.И. Хрисанов и целого ряда других.

Гидроэнергетическое строительство, которое призвано преобразовать природные гидроэнергетические ресурсы в социально необходимый ре-