Оценивание ЭМС электродвигателей при работе дуговой сталеплавильной печи

Автор: О.С. Паркис, Е.Н. Дмитриева
(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

Системы перемещения электродов в дуговой сталеплавильной печи работают независимо друг от друга. Поэтому токи фаз не равны между собой, что создаёт несимметрию напряжений в сети электроснабжения. Несимметрия больше всего сказывается на трёхфазных асинхронных и синхронных электродвигателях (АД и СД). В стандарте [1] нормируются трёхсекундные коэффициенты несимметрии в точках общего присоединения, которые используются в коммерческих расчётах за потребляемую электроэнергию и выявления источников нарушения ЭМС. Однако по ним нельзя оценить негативное влияние несимметрии на АД и СД.

Целью работы является построение графиков напряжения U₂ обратной последовательности по экспериментальным записям мгновенных значений фазных напряжений, выполненным к.т.н. Лютым А.П., а также оценка дополнительных потерь активной мощности, увеличения температуры перегрева двигателей и сокращения срока их службы.

Фазные напряжения u_A, u_B и u_C представлены решётчатыми функциями с шагом квантования Δ = 0,0005 с. Переход к линейным напряжениям осуществляется по формулам:

Действующие значения U определялись среднеквадратичным осреднением (СКО) процессов (1) на интервале 0,02 с в начале, середине и конце плавки. Была выполнена проверка формулы (Б.18) из [1] для напряжений U₂. Оказалось, что эта формула иногда даёт комплексные величины или деление на нуль. Причина последнего очевидна: в формуле в знаменателях слагаемых есть величина U_AB. При обрыве дуги в фазе A или B она обращается в нуль. Причина первой ошибки заключается в том, что нарушается условие замкнутости треугольника линейных напряжений, принятое при выводе этой формулы. Для устранения отмеченных недостатков предложено либо применять общий метод симметричных составляющих либо производить корректировку.

Рисунок – Изменение коэффициента несимметрии во времени

Для мощных электродвигателей оценка ЭМС производится по схеме замещения АД по обратной последовательности, что позволяет определить токи статора и ротора, а следовательно, и дополнительные потери активной мощности в сети и двигателе. Процесс изменения температуры превышения рассчитывается в предположении, что двигатель является идеальным тепловым телом с известной постоянной времени. В этом случае температура и квадрат тока обратной последовательности связаны дифференциальным уравнением первого порядка, легко решаемым. Максимальное расчётное значение температуры берётся с интегральной вероятностью 0,95. Сокращение срока службы АД рассчитывается по эффективному току обратной последовательности.

Для укрупнённых расчётов большой группы электродвигателей ЭМС оценивается по эмпирическим зависимостям потерь мощности и сокращения срока службы от квадрата эффективного значения коэффициента несимметрии [3, 4]. Рассчитаны предложеные в [4] показатели ЭМС – дозы несимметрии, которые оценивают тепловой износ и превышение температуры стандартного АД. В отличие от трёхсекундных коэффициентов несимметрии дозы имеют физический смысл.

Выводы

• Формула (Б.18) из ГОСТ 13109 – 97 не является универсальной – вместо неё целесообразно использовать метод симметричных составляющих.

• Статистическая обработка графиков токов ДСП и напряжений сети для действующих предприятий позволяет оценить допустимость несимметрии, а также ущерб от негативного влияния несимметрии напряжений на двигатели. Полученные статистические характеристики тока обратной последовательности могут быть использованы в проектировании сетей электроснабжения с аналогичными ДСП.

Перечень ссылок

1. ГОСТ 13109 – 97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Введ. в Украине с 01.01.2000.
2. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 208 с.
3. Кузнецов В.Г., Куренный Э.Г., Лютый А.П. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения. – Донецк: Норд-Пресс, 2005. – 250 с.
4. Куренный Э.Г., Дмитриева Е.Н., Лютый А.П., Сидоренко О.А. Оценка и нормирование несимметрии напряжений в системах электроснабжения общего назначения // Электричество, 2008, №4. – С. 18-26.