ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus

Нагрузка на генераторные агрегаты и преобразователи в период их настройки. Захаров О.Г.

Нагрузка на генераторные агрегаты и преобразователи в период их настройки. Захаров О.Г.

Предисловие

Нагрузка на генераторные агрегаты и преобразователи в период их настройки и испытаний может быть создана различными способами, но до настоящего времени с этой целью в автономных электроэнергетических системах чаще всего применяют нагрузочные устройства различной конструкции. Несмотря на то, что рассмотрению конструкций различных нагрузочных устройств посвящено значительное количество статей и книг (см. Список литературы в конце настоящей книги), отсутствуют публикации, рассматривающие весь комплекс вопросов настройки и испытаний источников и преобразователей электрической энергии с помощью нагрузочных устройств.

В предлагаемой вниманию читателей книге впервые рассматривается технология настройки и испытаний источников и преобразователей электрической энергии с помощью нагрузочных устройств, начиная с разработки схем электроснабжения судна на период выполнения настроечных работ и кончая обработкой результатов испытаний.

В книге обобщен опыт по настройке и испытаниям электроэнергетических систем мощностью от сотен киловатт до десятков мегаватт с генераторами единичной мощностью до 3 МВт на судах типа «Балтика», «Великий Октябрь», научно-исследовательском судне «Космонавт Юрий Гагарин», атомных ледоколах типа «Арктика» и многих других, а также дана оценка топливно-энергетических затрат на испытания по данной технологии, основанная на выполненных совместно с Ю. С. Лившицем, Б. И Воронковым и другими настройщиками экспериментальных работах по измерению расхода электроэнергии и хронометрированию процессов настройки и испытаний электроэнергетических систем.

Завершает книгу обширный библиографический список статей и книг по нагрузочным  устройствам,  применяемым  в судостроении.

Глава 1 написана авторами совместно, остальной материал книги подготовлен О. Г. Захаровым и М. О. Захаровым.

Авторы приносят благодарность И. Д. Юха, любезно предоставившему материал для Приложения 4.

Авторы будут признательны читателям, приславшим отзывы о книге и сведения о практическом использовании нагрузочных устройств при настройке и испытаниях электрооборудования.

 

Конструкции нагрузочных устройств

Наибольшее по мощности нагрузочное устройство описано в справочнике [15]. Оно применялось для испытаний генераторов Свирской ГЭС. Конструктивно такое нагрузочное устройство (НУ) представляло собой симметрично расположенные изогнутые под углом 120° пластины из оцинкованной стали толщиной 2 мм (рис. 1, а).

а)

б)

Рис. 1 Водяные реостаты:

а - применявшийся на Свирской ГЭС по [15]; б - по Гдалевичу [8]

1- запорный вентиль, 2 – электропривод изменения положения подвижной (сливной) трубы 9, 3 – редуктор, 4 – цепь,

5 – зубчатая рейка, 6- бак, 7 – кассеты,

8 – уплотнительное кольцо, 10 – сливная труба, 11 - изолятор

Расстояние между электродами можно было изменять от 60 до 120 см. Электроды располагались непосредственно в реке и огораживались деревянной решеткой для защиты от попадания посторонних тел.

Устройства подъема и перемещения электродов соединялись с последними через изоляторы. При удельном объемном сопротивлении воды от 10 до 20 кОм • см такое НУ могло поглощать мощность до 6 000 кВт.

Для увеличения мощности НУ его помещали в деревянный ящик размером 4X4 м и высотой 3 м. При добавлении в ящик соли поглощаемая мощность увеличивалась до 20 000 кВт.

Для настройки судовых генераторов и электростанций применялись значительно более простые и меньшие по габаритам и мощности НУ. Обычно основой таких НУ является цилиндрический бак 6 (рис. 1,6), внутри которого радиально расположены электроды в, виде кассет 7 из двух перфорированных стальных пластин, зафиксированных на определенном расстоянии друг от друга. Электролитом в водяном реостате служит чистая проточная вода, подаваемая в нижнюю часть бака. Сопротивление реостата, а, следовательно, и мощность нагрузки регулируется изменением уровня воды в баке. Для этого поднимают или опускают подвижную сливную трубу 9, расположенную по оси бака.

Необходимо отметить, что при уменьшении количества или полном прекращении подачи воды в бак мощность НУ автоматически снижается пропорционально уменьшению количества воды, что обеспечивает защиту НУ от теплового разрушения.

Понятно, что водяной реостат создает активную нагрузку. Поэтому при испытаниях генераторов переменного тока для создания нагрузки с требуемым коэффициентом мощности совместно с водяным реостатом применяли дроссели с подмагничиванием (рис. 2), создавая таким образом

Рис. 2 Нагрузочное устройство с разделением активной и реактивной частей по [8]

НУ с разделением активной и реактивной частей.

Классификация НУ приведена на рис. 3.

Однако в силу присущих водяным реостатам недостаткам, обусловленным в том числе и нестабильностью свойств электролита при

изменении температуры (следовательно, и нестабильностью создаваемой нагрузки), такие НУ теперь не применяют ни для испытаний генераторов переменного тока, ни для испытаний генераторов постоянного тока, а для создания активной нагрузки используют резистивные НУ различной конструкции.

Более того, в связи с изменением точки зрения на недопустимость испытаний генераторов переменного тока с коэффициентом мощности, отличным от номинального (см., например, работы [27, 29, 36]), были предприняты попытки использования резистивных НУ с соsφ = 1 для испытаний генераторов переменного тока в режимах динамического изменения нагрузки  [6].

Следует также обратить внимание на применение резистивных элементов в НУ полной мощности с конструктивно разделенными активной и реактивной частями [5]. Интересно, что в то время отказ от водяных

Рис. 3 Классификация нагрузочных устройств

реостатов и переход на использование резистивных элементов  оценивался  некоторыми специалистами  негативно [11].

Необходимо отметить, что опыт эксплуатации НУ с разделенными активной и реактивной частями выявил их существенный недостаток, влияющий на достоверность результатов испытаний генераторов — разный характер изменения тока в частях НУ приводил к непостоянству значения коэффициента мощности во время переходного процесса, сопровождающего включение (отключение) нагрузки, к возникновению апериодической составляющей тока нагрузки (рис. 4) и получению повышенных значений провалов напряжения.

Рис. 4. Осциллограмма изменения тока и напряжения в  НУ с разделенными частями

Из множества конструкций НУ, предложенных в 1960—1970 гг. [1—7, 10], рассмотрим более подробно комплексное нагрузочное устройство С. Л. Гдалевича [8], которое является наиболее совершенным из всех НУ, созданных в то время.

Основу НУ конструкции С. Л. Гдалевича составляют катушки из проволоки с большим удельным сопротивлением, размещенные на ферромагнитном сердечнике 2. Катушки соединяют между собой параллельно или последовательно (рис. 5).

Рис. 5.  Нагрузочный элемент конструкции

С. Л. Гдалевича

1 - катушка; 2 — сердечник; 3 — выводы

Трехфазная нагрузочная секция в таком НУ образуется соединением трех нагрузочных элементов  в треугольник (рис. 6) или звезду.

 

Рис. 6.  Нагрузочная секция  из соединенных 

в треугольник нагрузочных элементов

1- нагрузочный элемент, 2 – вывод, 3 – шина, 4 – кабели к коммутационной аппаратуре

Секции НУ размещены в баке (рис. 7), куда по трубам 9 с отверстиями поступает охлаждающая вода. Слив воды происходит по

Рис. 7 Общий вид НУ конструкции С.Л. Гдалевича

1 – сливной желоб, 2 – колодка зажимов, 3 – вывод обмотки, 4 – шины,

5 – контактор, 6 – нагрузочный элемент, 7 – прокладка, 8 – клин,

9 – трубы с отверстиями, 10 – вход охлаждающей воды

желобу 1, расположенному в верхней части бака, что позволяет автоматически регулировать  максимальный  уровень  воды  в  баке.

Принципиальная схема главных цепей НУ показана на рис. 8.

Рис. 8 Принципиальная схема главных

цепей НУ

Нагрузочные секции Z1 ... Z4 имеют разную номинальную мощность, а схема управления контакторами К1 ... К4 построена таким образом, что позволяет одновременно включать один, два, три или четыре контактора.

Включение контакторов приводит к включению (или, как принято говорить, к набросу) соответствующей нагрузки на генератор или электростанцию. Разностью времен срабатывания контакторов при включении можно пренебречь и поэтому процесс изменения напряжения генератора при использовании такой схемы включения нагрузочных секций полностью аналогичен процессу, сопровождающему включение этих же секций одним коммутационным аппаратом.

днако в режиме отключения нагрузки возможны случаи задержки отключения и включения нагрузочных секций, что может приводить к искажению результатов испытаний. Например, на рис. 9 приведена осциллограмма изменения напряжения генератора при уменьшении нагрузки от 100% до 50% номинальной.

Рис. 9. Осциллограмма изменения напряжения генератора

при неправильном включении ступеней нагрузки

Однако из-за ложного срабатывания контактора нагрузка сначала уменьшилась до 25% и только потом стала равной 50%. Такой характер изменения нагрузки сопровождался изменением напряжения генератора на 7,5%, что значительно превышает норму, установленную для изменения нагрузки от 100% до 50% номинальной.

Поэтому при невозможности обеспечить одновременность срабатывания в НУ контакторов ступеней нагрузки включение и отключение нагрузки выполняют с помощью генераторного или секционного автоматического выключателя.

Завершая рассмотрение НУ данной конструкции, необходимо отметить, что принципы, реализованные в нем, оказались настолько удачными, что были использованы в НУ других типов.

Рассматривая конструкции НУ того времени, нельзя не обратить внимание на то, что все они разрабатывались и изготавливались как единичные, уникальные изделия и предназначались для испытаний генераторов и электроэнергетических систем вполне определенной мощности. Поэтому для конструкции НУ, рассчитанного на серийное производство, был предложен принцип «типового ряда» [5, 11], т. е. такой выбор ряда мощностей нагрузочных секций, который позволяет обеспечить испытания практически всех генераторов, устанавливаемых на судах.

При этом общее число НУ, используемых для испытаний конкретной

электроэнергетической системы, принималось равным числу генераторов. Конструктивно первые НУ типового ряда представляли собой параллельно соединяемые разделенные секции активной и реактивной нагрузки [5 16]. Для секций активной нагрузки использовались резисторы (при мощности до 3 кВт [5], по другим сведениям — до 0 5 кВт), трубчатые нагревательные элементы (до 15 кВт [5], по другим источникам — до 4 кВт), специальные нагреватели (до 150 кВт) и трубы из материала с высоким удельным сопротивлением (до 1000 кВт). При мощности секций до 15 кВт предусматривалось их естественное воздушное охлаждение, а при большей мощности — водяное.

Секции реактивной нагрузки представляли собой дроссели с подмагничиванием, причем ток подмагничивания регулировался с помощью магнитных усилителей. Значение активной нагрузки устанавливалось ступенчато включением контакторов К1 КЗ с кнопочного поста 5, а реактивной — плавно, изменением сопротивления резистора К4 в соответствии с требуемым значением коэффициента мощности соsφ (рис. 10, а).

Рис. 10. НУ типового ряда.

Блок-схема (а) и форма кривой тока и напряжения (б)

К — блок коммутационной аппаратуры,

R1 ... R3 — ступени активной нагрузки, 5 — кнопочный пост;

R4 — резистор изменения коэффициента мощности;

А — блок управления; L — дроссель с подмагничиванием

        Разделение активной и реактивной частей НУ позволяло использовать секции активной нагрузки для испытаний генераторов постоянного тока, а также для однофазных преобразователей электроэнергии.

Однако из-за указанных выше, а также ряда других недостатков (изменения коэффициента мощности в процессе включения нагрузки значительных массогабаритных характеристик, искажения формы кривой напряжения (рис. 10, б) и др.) широкого распространения НУ этого типового ряда не получили.

В результате выполнения многолетних опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ было освоено серийное производство НУ на базе катушек индуктивности без ферромагнитного сердечника [7] серии ТНУ, обладающих значительно лучшими характеристиками, чем ранее выпускавшиеся НУ типового ряда (табл. 1) и многие другие НУ.

Таблица 1. Сравнение характеристик нагрузочных устройств

 

В отличие от НУ других конструкций и типов ряд мощностей НУ

серии ТНУ соответствует ряду номинальных мощностей генераторных агрегатов, устанавливаемых на судах отечественной постройки.

Каждое НУ серии ТНУ состоит из одной или нескольких (не более 3-х) секций нагрузки, размещенных в отдельных баках и охлаждаемых водой, из пульта дистанционного управления, щита с коммутационно аппаратурой и элементами управления. Такое НУ предназначено для испытаний одного генераторного агрегата или преобразователя соответствующей мощности. Оно обеспечивает создание нагрузок, меньших номинальной мощности НУ   (25%,  50%,  75%), равной номинальной мощности (100%), а также мощности, составляющей 110% номинальной.

В секциях нагрузки мощностью свыше 200 кВт используют элементы нагрузки без ферромагнитного сердечника (рис. 11, а).

Рис. 11 Элемент нагрузки без ферромагнитного сердечника:

а - внешний вид; б - принципиальная схема;

в - форма кривых тока и напряжения

Основой элемента нагрузки без сердечника является трехслойный соленоид (рис. 11, б). Средний слой соленоида намотан только из медной проволоки, и не имеет отводов; внутренний слои намотан из этой же проволоки, но имеет отводы, а наружный слои намотан из  последовательно соединенных отрезков медной и нихромовой проволоки (место соединения на рис. 11, б отмечено точкой) и тоже имеет отводы,

Подключение к тому или иному отводу осуществляется с помощью съемной шины (внутренний слой)  и (наружный слой).

Для изменения коэффициента мощности элемента нагрузки направление тока в среднем слое можно изменять на согласное или встречное (относительно направления тока в других слоях), переключая шины 8.

На схеме рис. 11,6 изменение направления тока соответствует таким соединениям выводов:

НЗ с К2 и Н2 с К1 (согласное) или НЗ с Н2 и К2 с К1  (встречное).

Как известно, индуктивность трёхслойной катушки

L = L1 +L2 + L3 + 2 (M12 + M23 + M13)

(1)

где L1, L2, L3— индуктивности слоев катушки; М12, М23, М13 — взаимные индуктивности слоев катушки.

Для элемента нагрузки мощностью 250 кВт расчетная индуктивность

L = 0,25 + 0,18 + 0,12 + 2(0,16 + 0,1352 + 0,1138) = 1,368 Гн.

Из последнего соотношения видно, что взаимоиндуктивность слоев составляет практически 60% от общей индуктивности элемента нагрузки, что позволяет экономно расходовать материал и является несомненным преимуществом данной конструкции катушки.

Отсутствие ферромагнитного сердечника позволило обеспечить в НУ данного типа практически синусоидальную форму кривых тока и напряжения (рис. 11, в).

При мощности секции 200 кВт и меньше элементы нагрузки представляют собой дроссель с ферромагнитным сердечником (рис. 12, а) так как конструкция соленоида с многослойной (более 3-х слоев) обмоткой оказывается более сложной в изготовлении.

Схема дроссельного элемента нагрузки показана на рис. 12, б. Секционированные обмотки из последовательно соединенных отрезков медной и нихромовой проволок расположены на стержнях 10 (см. рис. 12, а) магнитопровода.

Зазор между ярмом и стержнем регулируется с помощью винтов 12. Подключение к выводам 2 секционированных обмоток осуществляется съемными шинами 1 и 4. Между собой обмотки, расположенные на разных стержнях магнитопровода, могут соединяться параллельно (в НУ на частоту 400 Гц) или последовательно (в НУ на частоту 50 Гц).

На рис. 12, б показано соединение секций обмоток для НУ мощностью 200 кВт. При другой мощности, например 100 кВт, вывод Н11 соединяется с отводом 1, а вывод Н21 — с отводом 6.

Для обеспечения требуемой формы кривых тока и напряжения площадь сечения ферромагнитного сердечника выбрана такой, чтобы индукция не превышала 1 Тл.

В связи с тем, что данные элементы нагрузки применяются только для НУ небольшой мощности, масса ферромагнитного сердечника не играет существенной роли. Кстати, именно стремление снизить массу НУ типового ряда [5], привело к повышению индукции выше 1,7 Тл и обусловило искажение формы кривых тока и напряжения  (см. рис.  10, б).



Рис. 12. Элемент нагрузки с сердечником:

а — внешний вид; б — принципиальная схема

1, 4 — съемные шины; 2 — выводы от секционированной обмотки;

3 — основание; 5 — шины, соединяющие между собой обмотки, расположенные на разных стержнях; 6 — рым-болты; 7, 8 — выводы элемента нагрузки; 9,13 — отводы от секционированной обмотки;

10 — стержень магнитопровода; 11 — ярмо;  12 — винт регулировки зазора

Для обеспечения требуемых значений долевых (25%, 50%, 75% номинальной мощности) и кратных (100% и 110% номинальной мощности) нагрузок НУ комплектуются из секций, содержащих три однофазных (типа СНУ-4) или трехфазных (СНУ-3), четырех трехфазных (типа СНУ-2), пять трехфазных (типа СНУ-1 и СНУ-5, рис. 13, а) элементов нагрузки.

Для исключения влияния взаимной индуктивности элементов нагрузки на результирующее значение коэффициента мощности НУ секции нагрузки подключаются к шинам так, чтобы расположенные рядом элементы были подключены к разным фазам сети.

Вот как об этом эффекте рассказано в статье С. Л. Гдалевича [8]. «Схематично расположение элементов показано на рис. 13, в, где каждая секция, состоящая из трех элементов нагрузки, занимает вертикальный столбец, а буквы А, В, С обозначают фазы сети, к которым подключены элементы.

Рис 13. Принципиальная схема главных цепей нагрузочного устройства:

а —из одной секции с пятью трехфазными элементами; б — из одной секции с пятью элементами нагрузки и двух секций, содержащих по четыре элемента нагрузки;

в, г — расположение элементов в нагрузочном  устройстве без

транспозиции  и  с транспозицией

К1 … К5 — контакторы подключения ступеней нагрузки

Z1 ... Z5, и L1 … L15 - элементы нагрузки,

Z6... Z8. Кб … К8 - секции и контакторы ступени 25 %,

Z9 ... Z11, К9 … К11 —то же ступени, дополняющей до 50 %,

Z12... Z14. К12 ... К14 — тоже ступени, дополняющей до 75%,

Z15 … Z17, K15К17 - то же ступени, дополняющей до 100%,

Z18, К18 — то же ступени, дополняющей до  110%

При испытаниях НУ сначала была включена одна левая (по рис. 13, в) секция. Значение коэффициента мощности для нее оказалось равным 0,8. При одновременном включении двух левых секций коэффициент мощности стал равен 0,78. При трех и четырех работающих секциях значения коэффициента мощности стали равны 0,76 и 0,74 соответственно.

Причиной изменения коэффициента мощности в данном случае является взаимная индуктивность рядом расположенных элементов нагрузки, увеличивающая общую индуктивность каждой катушки [см. формулу (1)]. Для получения НУ, у которого значение коэффициента мощности не зависит от числа включенных секций нагрузки, была выполнена транспозиция элементов нагрузки (рис. 13, г), что обеспечило практическую независимость коэффициента мощности НУ от числа включенных секций…».

Вернемся к рассмотрению НУ серии ТНУ. Секции СНУ-2 не имеют блока управления и могут использоваться только совместно с секцией

СНУ-1 в НУ мощностью от 1500 до 3200 кВт (рис. 13, б). Использование двух схем соединения элементов нагрузки (звездой, как показано на рис. 13, а, или треугольником) позволяет выпускать модификации этих НУ для испытаний генераторов с номинальным напряжением 400 и 230 В. При этом во второй модификации устанавливаются контакторы на больший номинальный ток.

Секции всех типов унифицированы в части установки элементов нагрузки и контакторов, а ошиновка рассчитана на максимальный ток. Секции размещаются в стальном баке (рис. 14, а, б), через который

Рис. 14. Нагрузочное устройство серии ТНУ:

а — общий вид секции типа СНУ—1 и СНУ—5 со стороны щита,

б — то же, но со стороны трубопроводов,

1 — серьга; 2— автоматический выключатель; 3 — сливная труба; 4— труба опорожнения бака; 5 — основание; 6 — трубы наполнения бака;

7 — щит с контактором

протекает охлаждающая вода, поступающая под давлением снизу бака через трубу 6, и вытекающая самотеком по трубе 3 из специального кармана. Для осушения бака предусмотрена специальная труба 4 с

отдельным вентилем. Поскольку сигнал, разрешающий включение нагрузки, формируется в зависимости от наличия давления в магистрали,

Рис. 14. Нагрузочное устройство серии ТНУ:

в — вид секции типа СНУ—2 со снятыми крышками щита

1 — серьга; 2— автоматический выключатель; 3 — сливная труба;

4— труба опорожнения бака; 5 — основание; 6 — трубы наполнения бака;

7 — щит с контактором; 8—сборные шины; 9. 10 — пульты ПДУ и ПДУПР;

11 плата с элементами управления; 12 — контактор

то для исключения повреждения элементов нагрузки, необходимо после подачи воды в трубу 6 визуально убедиться в заполнении бака водой и только после этого   включать НУ в работу.

На одну из стенок бака НУ навешен щит 7 с коммутационной аппаратурой 12. Кабели, соединяющие НУ с ГРЩ, подключают к шинам 8. Управление НУ осуществляется с помощью пульта дистанционного управления типа ПДУ (рис. 15), размещаемого рядом с генераторной секцией ГРЩ или пультом управления электростанцией.

Для испытаний генераторов в режиме параллельной работы используют пульт дистанционного управления параллельной работы типа ПДУПР (рис. 16).

Схема управления ТНУ (рис. 17) обеспечивает включение (наброс) номинальной или меньшей нагрузки после нажатия одной из соответствующих кнопок S3 ... S6.

Включение режима десятипроцентной перегрузки происходит после нажатия на кнопку S7 в том случае, если до этого был включен режим номинальной нагрузки. Блокирование в данном случае обеспечивается тем, что напряжение на контакт кнопки S7 поступает с обмотки

Рис.  15. Пульт дистанционного управления НУ серии ТНУ

Рис. 16. Пульт дистанционного

управления НУ серии ТНУ при параллельной работе

промежуточного реле К5, включающего номинальную нагрузку. Тем самым исключается наброс на генератор нагрузки; превышающей номинальную.

Рис. 17 Фрагмент схемы управления нагрузочным устройством серии ТНУ

При испытаниях генераторов мощностью свыше 320 кВт

десятипроцентная перегрузка обеспечивается подключением секции, мощность которой составляет 10% номинальной мощности НУ.

Для обеспечения испытаний генераторов мощностью менее 350 кВт в режиме десятипроцентной перегрузки возможен и другой вариант создания перегрузки — отключением секции мощностью 25% или 50% номинальной мощности и последующим включением секции мощностью 35% или 60% номинальной соответственно. Такой принцип НУ выбран для того, чтобы ограничить число типоразмеров элементов нагрузки.

Схема этого пульта (рис. 18) обеспечивает подачу сигнала в точки А, Б, В или Г (см. рис. 16) всех блоков управления одновременно работающих НУ после нажатия кнопки 25%, 50%, 75% или 100% соответственно на пульте ПДУПР.

Рис. 18 Фрагмент схемы пульта ПДУПР и его соединения с блоком

параллелоьной работы в НУ серии ТНУ

Режим десятипроцентной перегрузки параллельно работающих генераторов может быть создан включением соответствующей нагрузки с каждого из пультов ПДУ, но только в том случае, если не включался режим параллельной работы с пульта ПДУПР.

Связано это с тем, что схемой управления предусмотрена блокирования (контакты К1:2 ...К4:2 на рис. 18), исключающая одновременное управление с пультов ПДУ и ПДУПР.

НУ, используемые при испытаниях в режиме параллельной работы, должны быть соединены с тем, в котором есть блок параллельной работы. К этому НУ подключается пульт ПДУПР и оно становится базовым, управляющим работой других НУ (рис. 19, а).

Для обеспечения включения нагрузки с пульта ПДУПР необходимо нажать одну, любые две, три или все четыре кнопки в соответствии с набором параллельно работающих генераторов. После этого нажатие

кнопок долевой или номинальной нагрузок на пульте ПДУПР приводит к включению тех НУ, которые выбраны кнопками G1 .. G4.

Рис. 19, а Сопряжение цепей управления двух НУ

Рассмотрим на примере схемы, приведенной на рис. 19, б, как происходит включение ступени нагрузки 25% при управлении с каждого из пультов.

Рис. 19,б Фрагмент схемы включения ступени нагрузки 25% в режиме параллельной работы

Управление каждым из НУ, включенным для параллельной работы возможно с собственного пульта ПДУ, а с пульта ПДУПР управляют работой всех НУ одновременно. В любом случае необходимо предварительно подать напряжение на схему управления, включив автоматический выключатель S1 в блоке БУ (рис. 19, б, см. также поз. 2 на рис. 14). Выбор пульта управления производит оператор.

Пусть необходимо управлять с пульта ПДУ. После нажатия на кнопку S1 «Питание» она фиксируется арретиром. Для того, чтобы загорелась соответствующая лампа, необходимо выполнение двух условий.

Первое — наличие давления воды в магистрали. Тогда реле давления замыкает контакт К6:1 в блоке БУ и отрицательное напряжение поступает по цепи, отмеченной цифрой 12, в пульт ПДУ к одному из выводов лампы Н1. 

Второе — разомкнутое положение контактов кнопки S2 «Gв пульте ПДУПР. При выполнении этого условия положительное напряжение от блока выпрямителей У12 ... V15 поступает через размыкающий контакт К1.2 реле К.1.1 (блок БПР) по цепи, отмеченной цифрой 1, и через контакт кнопки S1 «Питание» (пульт ПДУ) на второй вывод лампы H4.

Если теперь нажать кнопку S3 «25%» (пульт ПДУ), то по цепи, отмеченной цифрой 4, положительное напряжение поступит в точку А, что вызовет срабатывание реле К11 (блок БУ). Через цепь, отмеченную цифрами 31 (пульт ПДУ) и 2 (блок БУ), положительное напряжение поступает через замыкающий контакт К1:2 и диод VI(блок БУ) в ту же точку А. Таким образом, реле K1.1 будет включено и после отпускания кнопки S3 «25%» (пульт ПДУ).

Контакт К1:4 (блок БУ) подает положительное напряжение на управляющий электрод симистора V16, что приводит к срабатыванию контактора КМ1.1 и включению ступени нагрузки 25% (см. контактор К1

на рис. 13, а). Обратим внимание, что в данном режиме работает только то НУ, которое соединено с данным ПДУ.

Такая особенность позволяет создавать нагрузку менее 25% суммарной мощности параллельно работающих генераторов и увеличивать ее плавно, ступенями около 6% (при четырех НУ), около 8% (при трех НУ)  и около 12,5% (при двух НУ).

Если теперь нажать кнопку S1 «Питание» (пульт ПДУПР), то загорится лампа Н1 в этом пульте, но никаких других изменений не произойдет. Режим работы изменится, если нажать кнопку S2 «G1».

В этом случае загорится лампа Н2 в пульте ПДУПР и сработает реле К1.1 в блоке БПР. После этого контакт К1:2 в блоке БПР изменит свое состояние и разорвет цепь, по которой положительное напряжение поступало в блок ПДУ. Следовательно, реле К1.1 в блоке БУ отпустит и отключит контактор K1.1. Ступень нагрузки в НУ будет отключена.

Включение кнопки S7 «25%» приведет к срабатыванию реле К5.1 в блоке БПР и через контакт К5:2 положительное напряжение поступит в точку А.

Дальше элементы схемы работают так же, как рассмотрено ранее.

В результате срабатывает контактор К1:1. Отличие состоит в том, что в БПР предусмотрены четыре аналогичные цепи, соединенные с блоками БУ всех параллельно работающих НУ (см. платы ХЗ ... Х6 и контакты К5:2 ... К5:5 на рис. 18). Поэтому включаются контакторы ступеней нагрузки 25% во всех одновременно работающих НУ. Включение всех остальных ступеней нагрузки происходит аналогично. Однако в НУ некоторых типоразмеров элементы включения ступеней нагрузки 100% и 110% работают по-иному.

При нажатии кнопки 36 «100%» в пульте ПДУ (см. рис. 16) срабатывает реле К5 и контактом К5:4 включает цепь управления симистором V19 и, соответственно, контактор КМ4.1 (см. рис. .19, в), подключающий к включенным ранее ступеням нагрузки, в сумме равным 75% номинальной мощности, ступень 25%. Таким образом создается нагрузка, равная 100% номинальной мощности.

Рис. 19, в. Структурная схема соединений секций для испытаний четырех генераторов

А1…А4 – комплекты нагрузочных устройств для  генераторов G1…G4

После нажатия на кнопку S7 «110%» в пульте ПДУ (см. рис. 16) срабатывает реле K6 и контактом К6:4 (см. рис. 19, в) размыкает цепь симистора V19 и одновременно замыкает цепь симистора У20. В результате, вместо ступени нагрузки 25% подключается ступень 35% и вместе с ранее включенными ступенями нагрузки 75% образует в сумме нагрузку, равную 110% номинальной мощности.

В НУ с двумя основными ступенями нагрузки (50% и 100%) при необходимости создания нагрузки 110% аналогично рассмотренному отключается вторая ступень нагрузки 50% и включается ступень нагрузки 60%. В сумме включенные ступени создают нагрузку 110% номинальной мощности.

Вернемся теперь к табл. 1. Из нее видно, что с уменьшением номинальной мощности НУ удельное использование материалов в них ухудшается и главным недостатком небольших по мощности НУ становятся их значительные массы и габариты. С этих позиций интересно НУ конструкции С. Л. Воронкова [3, 4], обладающее удельными характеристиками, приближающимися к характеристикам НУ мощностью 1000 кВт и выше. Устройство такого НУ иллюстрирует рис. 20.

Рис.  20.   Нагрузочное  устройство  конструкции С. Л. Воронкова

1 – стальная труба, 2 – изолированный провод

Элемент нагрузки содержит обмотку из изолированного провода 2, проходящего внутри стальной трубы 1, и по сути представляет собой реактор с массивным магнитопроводом. Охлаждается элемент водой, протекающей внутри труб.

В условиях дефицита энергоресурсов актуальной становится утилизация теплоты охлаждающей воды НУ. Однако в известных НУ температура воды на выходе непостоянна и зависит от режима работы, что затрудняет рациональное использование нагретой воды. Поэтому представляет интерес водоохлаждаемое НУ (рис. 21), принцип действия которого позволяет обеспечить постоянство температуры охлаждающей воды на выходе из НУ [9].

Рис. 21. Схема управления температурой охлаждающей воды

на выходе из нагрузочного устройства

1 — насос переменной производительности; 2-— бак нагрузочного устройства;

М1 - двигатель привода насоса; А1 - - усилитель; А2 пульт управления;

ВР, ВТ— датчики нагрузки и температуры

Такое свойство делает возможным использование НУ в системах водоснабжения в качестве источника горячей воды. Постоянство температуры воды на выходе из НУ обеспечивается изменением расхода воды через бак НУ 2 с помощью насоса 1, производительность которого регулируется по сигналу датчика температуры ВТ и нагрузки ВР с помощью усилителя А1. Управление режимами работы НУ осуществляется с пульта управления А2.

Список литературы

Сокращения названий периодических и продолжающихся изданий

ВС — сборник «Вопросы судостроения»

ПЭ — серия  «Промышленная  энергетика, охрана окружающей среды и энергоснабжение судов»

СП — сборник «Судостроительная промышленность»

Сс — журнал «Судостроение»

СЭиС — сборник или серия «Судовая электротехника и связь»

ТС — сборник «Технология судостроения»

ЭП — сборник «Электромонтажное производство»

Работы, полностью посвященные нагрузочным устройствам

Книги

1. Алешин И. И., Давидович Ф. С. Нагрузочные устройства для испытаний генераторов. Л.: Судостроение, 1963. 68 с.

Статьи

2. Большаков С. Г., Обрандт В. А. Нагрузочное устройство с использованием вихревых токов магнитопровода //СЭиС.  1971,

вып. 51, С. 11.

3. Воронков С. Л. Индукционное устройство поглощения мощности для испытаний судовых источников переменного тока повышенной частоты //Труды Горьковского института инженеров водного транспорта. Серия «Судовая электротехника». 1973. вып. 130.

4. Воронков С. Л. Индукционные нагрузочные устройства для испытания судовых генераторов переменного тока. Теория, конструкция, расчет.// Труды Горьковского института инженеров водного транспорта. Серия «Судовая электротехника» 1974. вып. 141.

5. Гандин Б. Д. Типовой ряд нагрузочных устройств для испытаний источников электрической энергии // СЭиС. 1968. вып. 35. С. 3

6. Гандин Б. Д. Элементы активной нагрузки для испытаний генераторов в динамических режимах // СЭиС.  1979. вып. 44. С. 26.

7. Гандин Б. Д., Гревнин Г. Р., Лазаревский Н. А. Малогабаритное нагрузочное устройство для испытаний источников электрической энергии // ВС, серия СЭиС. 1976. вып. 12. С. 25.

*8. Гдалевич С. Л. Комплексное нагрузочное устройство//СЭиС.  1962,

вып.  17. С. 30.

9. Захаров О. Г., Милютин О. И. Водоохлаждаемое нагрузочное устройство // ЭП. 1989. вып. 5. С. 36

10. Коробов П. К., Марков Э. Т. Нагрузочное устройство по реактивной мощности судовых синхронных гснераторов //Сс. 1959. № 3. С. 61.

11. Островский М.  Л.  О типовом  ряде нагрузочных устройств для  испытания источников электрической энергии // СЭиС. 1970, вып. 44.

С. 28.

Работы, в которых рассмотрены нагрузочные устройства

Книги

*12. Давидович Ф. С. Испытание судовых электроэнергетических систем. Л.: Судостроение,  1975. 240 с.

§ 12. Методы испытаний электрооборудования СЭС (дана классификация НУ)

§ 23. Оснастка для испытаний генераторов постоянного тока

§ 24. Оснастка для испытаний генераторов переменного тока

13. Давидович Ф. С, Паршинов А. А. Испытание судового электрооборудования. Л.: Судостроение, 1964.  168 с.

14. Захаров О. Г Испытания электротехнических изделий. М.: Высшая школа, 1987. 247 с.

§ 14. Средства технологического оснащения испытаний

*15. Справочная книга для электротехников/ под общ. ред. М. А. Шателена, В. Ф. Миткевича, В. А. Толвинского. том VI. Л.: изд-во КУБУЧ, 1935.

Отд. 38. В. Нагрузочные жидкостные реостаты

*16. Справочник судового электротехника. В трех томах/ под ред. Г. И. Китаенко. Технология электромонтажных работ. Л.: Судостроение, 1975. 344 с.

§ 10.2.2. Классификация нагрузочных устройств

§ 10.2.3. Активная часть нагрузочного устройства

§ 10.2.4.  Реактивная часть нагрузочного устройства

§ 10.2.5. Типовой ряд нагрузочных устройств

Статьи

17. Гандин Б. Д. Приборы и устройства для испытаний и сдачи судового электрооборудования // СЭиС.  1967. вып. 36—37. С. 124.

Настройка судового электрооборудования

Нормативные документы

18. РД5.6053—91. Электрооборудование судовое. Настройка и испытания приемосдаточные. Технологическая подготовка производства. Методические указания.

Книги

19. Гемке Р. Г. Неисправности электрических машин. М.—Л.: Энергия, 1989. 336 с.

20. Захаров О. Г. Словарь-справочник по настройке судового электрооборудования. Л.: Судостроение,  1987. 216 с.

21. Настройка и испытания судовых электростанций/Максимов Ю. И.,

Попов А. В., Л. М. Серебряков, Ю. В. Унывалов. Л.: Судостроение, 1987,

88 с.

Статьи

22. Захаров О. Г. Настройки и сдаточные испытания ЭЭС атомного ледокола. // Сс.  1976. № 2. С. 22.

23. Захаров О. Г. Настройка системы возбуждения синхронного генератора// ВС, серия СЭиС. 1978. вып. 19. С. 3

24. Захаров О. Г., Лазаревский Н. А. Настройка систем синхронизации судовых генераторов периодического тока//ТС, 1985. вып. 8. С. 61.

 

 

 

Приемосдаточные испытания судового электрооборудования

Нормативные документы

25. ОСТ5.6057—88. Электроприводы судового оборудования. Типовые программы и методики швартовных и ходовых приемосдаточных испытаний

26. РД5.6205—91. Электростанции судовые. Типовые программы и методики швартовных и ходовых приемосдаточных испытаний

Статьи

27. Бажанов К. Ю., Захаров О. Г., Лазаревский Н. А. Системно-целевой анализ предложений по изменению программ и методов испытаний судовых источников электрической энергии//СП, серия ПЭ. 1987. вып. 3. С. 82.

28. Гандин Б. Д., Максимов Ю. И., Серебряков Л. М. Новый способ испытания судовых электростанций // Сс.  1973. №  12. С.

29. Захаров О. Г. Принципы сокращения трудоемкости испытаний и контроля судовых электростанций//Сс. 1983. № 4. С. 30.

30. Захаров О. Г. Продолжительность настройки и приемочных испытаний судовой электрической станции // ВС, серия Г.ЭнС.  1979. вып. 23, С. 16.

31. Серебряков Л. М. Оптимизация испытаний судовых электростанций //Сс. 1981, .№ 4. С.

32. Токарев Л. Н. Методы испытаний судовых электростанций вчера и завтра // СП, серия СЭиС.  1987. вып. 3. С. 55.

Схемы подключения нагрузочных устройств

Статья

33. Захаров О. Г. Вариант электроснабжения судна при настройке электрооборудования //ВС, серия СЭиС,  1981. вып. 33. С. 20.

Расход энергии на испытания электростанций

Книги

34. Щербина Ю. В. Снижение технологического расхода энергии в электрических сетях.  Киев, Техника,  1981.  168 с.

Статьи

35. Захаров О. Г. Определение количества электроэнергии, вырабатываемой при настройке и испытании судовых электростанций // СП, серия  ПЭ. 1989. вып. 9. С. 57

36. Захаров О. Г. Энергосбережение при настройке и испытаниях судовых электроэнергетических систем // ТС.  1990. вып. 7. С. 85.

Разные вопросы настройки и испытаний

Статьи

37. Воронков Б. И., Захаров О. Г., Лившиц Ю. С Унифицированный ГРЩ электростанции переменного тока //Сс. 1975. № 3. С. 35.

38. Захаров О. Г. Модель объекта и процесса настройки // СП, серия СЭиС. 1987. вып. 4. С. 56.

39. Захаров О. Г. Разработка типовых технологических процессов настройки судового электрооборудования // Тезисы докладов 4-й Всесоюзной научно-технической конференции. Л.:  1983. С.  103.

40. Захаров О. Г., Фрейцис И. И. Энергосберегающий метод испытания на нагревание // ВС, серия ПЭ.  1984. вып.  12. С. 20.

Приборы для фазировки электрооборудования

Статьи

41. Захаров О. Г., Юха И. Д. Прибор для определения порядка чередования фаз // ВС, сер. ПЭ, 1984, вып. 14. С. 56.

42. Захаров О. Г., Юха И. Д. Фазоуказатель - указатель напряжения // Энергетик,  1991, № 3. С. 22.

43. Юха И. Д. Универсальный фазоуказатель – пробник // СЭиС, 1970, вып. 42—43. С. 88.

Дополнительная литература

Статьи

44. В. Елисеев В. С, Захаров О. Г., Захаров М. О. Серийные нагрузочные устройства // Промытленная энергетика, 1992. № 3. С. 35.

45. Мишин М. В., Милютин О. И., Захаров О. Г. Снижение расхода топлива в автономных электрических системах // Известия Российской Академии наук. Энергетика, №  1,  1992. С. 135.

Оглавление

Предисловие

3

1.Конструкции нагрузочных устройств

5

2. Схемы подключения нагрузочных устройств

30

3. Настройка электростанций с помощью нагрузочных устройств

41

4. Программы и методы испытаний электростанций

50

5. Регистрация изменяющихся величин и обработка результатов

испытаний

57

6. Анализ энергетических затрат на испытания с помощью нагрузочных устройств

67

Приложение 1. Номограмма для определения степени неравномерности распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами

78

Приложение 2. Таблицы значений соsφ и sinφ в зависимости от отношения показаний двух ваттметров

80

Приложение 3. Технические характеристики нагрузочных устройств серии ТНУ

83

Приложение 4. Удельная проводимость морской воды в зависимости от солености и температуры

92

Список литературы

93

* Знаком отмечены работы, в которых приведены методики расчета нагрузочных устройств.

 

7 Январь, 2013              6673              ]]>Печать]]>
6 / 30 ( Отлично )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы