Обоснование структуры модели короткого замыкания с учетом влияния обратных ЭДС двигателей

Автор: Брянцева И.В.,Маренич К.Н.
Источник: Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошукмолодих: IХ міжнар. наук.-техн. конф., зб. наук. праць – Донецьк: ДонНТУ, 2014. – с. 332-334.

Существующие средства максимальной токовой защиты не способны полностью обесточить точку короткого замыкания (к.з.) в участковой низковольтной электросети, а, следовательно, не могут обеспечить безопасность эксплуатации электрооборудования. Это обусловлено особенностями потребителей участка шахты – преимущественно асинхронные двигатели (АД). После защитного отключения автоматическим выключателем (АВ) электропитания со стороны трансформаторной подстанции (ТП) роторы электродвигателей продолжают вращаться, что является следствием накопленной кинетической энергии. Происходит реверс энергетических потоков от статоров электродвигателей, и они сами становятся электроэнергетическими установками, генерирующими обратные ЭДС в сеть. Величина этих ЭДС позволяет поддерживать во включенном состоянии контакторы пускателей и подпитывать точку короткого замыкания, что недопустимо в условиях шахты.

Актуальность исследования воздействия обратных ЭДС асинхронных двигателей на точку к. з. обусловлена снижением токоограничивающих свойств электросети (повышение мощности технологических установок приводит к росту мощности их двигателей, разветвление участковой электросети, применение более протяженных кабелей, увеличение их сечения, перевод электросети на повышенные уровни напряжения), а, следовательно, и увеличением продолжительности подпитки точки короткого замыкания со стороны статоров АД. Таким образом, необходимо обосновать эффективное техническое решение в области ограничения параметров аварийного процесса короткого замыкания после защитного отключения электросети.

Защита от коротких замыканий шахтной участковой низковольтной электросети осуществляются средствами максимальной токовой защиты, установленными в рудничном автоматическом выключателе, в распределительном устройстве низшего напряжения участковой трансформаторной подстанции и в рудничных магнитных пускателях (МП). Поэтому в случае возникновения к.з. в гибком кабеле присоединения, в зависимости от быстродействия срабатывания защит, возможны следующие варианты:

• срабатывает АВ, контактор МП остается включенным;
• защитное отключение производится и МП и автоматическим выключателем;
• отключается магнитный пускатель, АВ остается включенным.

Рассмотрим шахтную разветвленную участковую электросеть с коротким замыканием в гибком кабеле присоединения. Введем допущение, что все АД потребителей были включены, в сети действовало номинальное напряжение Un.

В первом случае процесс возникновения и протекания короткого замыкания можно представить совокупностью сменяющих друг друга состояний:

• возникновение короткого замыкания и протекание тока к точке замыкания от трансформатора;
• продолжение подпитки точки к.з. от трансформатора и от статора АД аварийного присоединения (до момента отключения питания автоматическим выключателем);
• появление уравнительных токов, обусловленных обратными ЭДС АД потребителей участка после защитного отключения сети;
• подпитка точки к.з. только от АД аварийного присоединения после отключения контакторов МП смежных потребителей (или собственного).

Во втором случае третье состояние не учитывается, т.к. АД смежных потребителей не влияют на формирование тока короткого замыкания. Т.е. уравнительные токи возникают, но, в связи с отключением контактора МП аварийного присоединения, не подпитывают точку к.з. В третьем случае смежные потребители участка остаются в рабочем состоянии, а ток короткого замыкания зависит только от параметров АД аварийного присоединения. Четвертое состояние является общим для всех вариантов защитного отключения и представляет собой процесс одиночного выбега асинхронного электродвигателя. Следовательно, источником питания становится потребитель участка шахты, и в течение определенного времени подпитывает точку к.з. Практический интерес представляет рассмотрение процесса изменения обратной ЭДС двигателя, генерирующего энергию на короткозамкнутую сеть.

Характер экспоненты снижения ЭДС выбега АД обусловлен постоянной времени, которая зависит от собственных параметров электродвигателя и сопротивления гибкого кабеля присоединения. Этот процесс можно представить следующей схемой замещения цепи j-го потребителя для одной фазы (рис.1):

Рисунок 1 – Схема замещения цепи j-го потребителя

На этой схеме введены следующие обозначения: Lкj, Rкj соответственно индуктивное и активное сопротивление фазы гибкого кабеля ГКj длиной lкj, обратная ЭДС асинхрон-ного двигателя потребителя. Остальные обозначения являются общепринятыми для Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя.

Для полученной схемы замещения асинхронной машины запишем известные уравнения [1]:

Обратная ЭДС двигателя при протекании короткого замыкания гасится значительно быстрее, что обусловлено активно-индуктивными параметрами гибкого кабеля от АД до точки к.з.

Таким образом, в обосновании структуры модели аварийного процесса учтен такой влияющий фактор как обратная ЭДС асинхронного двигателя.

Полученная составляющая процесса короткого замыкания позволяет получить диаграммы изменения тока в режиме свободного выбега АД потребителя аварийного присоединения, что и является предметом дальнейшего исследования с использованием практически применяемых АД и гибких кабелей.

Список использованной литературы