Генератор обратной мощности для электросчетчика схема: Генератор обратной мощности для электросчетчика: схема

Генератор обратной мощности для электросчетчика: схема

Устройство компенсации реактивной мощности – далеко не новинка, но заговорили о нем недавно. Все дело в том, что подобные системы вполне успешно применяются на производственных объектах, а вот устройства для жилого сектора появились не так давно и стали предметом горячих споров на счет их эффективности. Генератор обратной мощности для электросчетчика производится в Китае. Если верить рекламе, он позволяет сократить расход электроэнергии на 5%. Так ли это? Однозначно ответить не получится, так как для начала нужно разобраться в принципе действия такого устройства и в процессах потребления электроэнергии различными потребителями.

Содержание

• 1 Нагрузка
• 2 Сдвиг по фазе
• 3 Коэффициент мощности
• 4 Активная и реактивная энергия
  • 4.1 Активное сопротивление
  • 4.2 Индуктивное
  • 4.3 Емкостное
• 5 Компенсация реактивной энергии
• 6 Промышленные компенсаторы реактивной энергии
• 7 Бытовые устройства

Нагрузка

В данном контексте под понятием нагрузка подразумеваются все электроприборы, которые применяются в доме или квартире и потребляют электроэнергию. Наверняка всем известно, что такое КПД – коэффициент полезного действия. Этот параметр определяет сколько электроэнергии затрачивается на полезное действие, а сколько на побочный эффект. Например, взять лампу накаливания, ее главная задача светить, но при этом она еще нагревается. Приблизительно 40% затраченной энергии тратится на нагрев и лишь 60% на свет. Отсюда КПД = 0,6. Здесь все просто, но вот существует еще и коэффициент мощности или как говорят косинус фи. Что же это такое?

Сдвиг по фазе

Как известно, в бытовой электросети применяется переменное напряжение. Если его изобразить на графике, то получится синусоида (волна). По оси ординат определяется напряжение, а по абсцисс – время. Учитывая, что частота в сети 50 Гц, фаза длится 1/50 секунды. За это время на графике потенциал фазы возрастает от 0 до +220. Потом падает до -220 и возрастает опять до 0, то есть полный цикл. Теперь представим, что подключили нагрузку, например, утюг и появился ток.

Добавим на графике еще одну синусоиду теперь уже тока, а не напряжения. Руководствуясь законом Ома, определим его величину для каждого полупериода и увидим, что получилась идентичная синусоида, в которой гребни и впадины волн по вертикали полностью совпадают с графиком напряжения. Другими словами, ток не отстает и не опережает напряжение, то есть сдвига нет.

Ситуация кардинально меняется, когда вместо утюга включаем в цепь пылесос или вентилятор. Если посмотреть на графики, полученные на осциллографе, то увидим, что ток отстает от напряжения, то есть происходит сдвиг тока по фазе. Величина сдвига определяется через косинус угла сдвига и является коэффициентом мощности.

Представим работу генератора. В момент вращения, когда южный полюс, возбуждающей обмотки ротора, выравнивается с магнитопроводом статора индукционной катушки фазы «А», напряжение фазы достигает пикового значения. По мере проворачивания ротора напряжение фазы «А» падает. А теперь добавим схему с вентилятором, когда ток отстает от напряжения. Это значит, что ток достигнет пика позже, чем напряжение и ротор уже провернется на какой-то угол. Вот именно этот угол и называется «φ».

Коэффициент мощности

На графике коэффициент мощности – это расстояние по оси абсцисс между волной напряжения и тока, а вычисляется оно через косинус угла сдвига. К примеру, угол сдвига 60°, а cos 60° = 0,5, в результате коэффициент мощности такого потребителя равен 0,5. Это означает, что 50% потребляемой электроэнергии преобразуется в полезное действие, а остальные 50% возвращаются обратно в сеть. При этом электросчетчик учитывает всю электроэнергию и за нее нужно платить. Можно ли сделать так, чтобы реактивная энергия не учитывалась – да, но для начала следует учитывать множество нюансов.

Внимание! Не следует путать компенсаторы реактивной энергии с устройствами для «отмотки» электросчетчика. За применение вторых предусматривается уголовная ответственность.

Активная и реактивная энергия

Из приведенных примеров ясно, что не все электроприборы вызывают сдвиг по фазе, а только те у которых cos φ отличен от «1». Исходя из того, что косинус – это отношение прилежащего катета к гипотенузе, единица получится только в том случае если угол равен «0», то есть сдвига нет. Зависит это от вида электрического сопротивления, которых существует всего 3. Это активное, индуктивное и емкостное сопротивление. Теперь рассмотрим их подробнее.

Активное сопротивление

Его еще называют омическое. Другими словами, это сопротивление материала, которое неизменно при любых обстоятельствах (кроме температуры). К приборам с таким сопротивлением относятся ТЭНовые нагреватели (электроплиты, конвекторы и др.), а также лампы накаливания. Мощность таких приборов равняется произведению тока и напряжения, а ток в свою очередь зависит от сопротивления и рассчитывается по закону Ома: I = U/R. КПД активной нагрузки может быть разным, а вот cos φ, коэффициент мощности всегда равен 1.

Индуктивное

Если замерять сопротивление первичной обмотки сварочного трансформатора омметром, то увидим достаточно малое значение – всего где-то 2-4 Ом. Казалось бы, при подаче напряжения должно произойти короткое замыкание, но в реальности все работает нормально. Здесь закон Ома отступает и работает совсем другая формула. В катушке ток нарастает медленнее напряжения и возникает сдвиг тока по фазе в сторону отставания. Рассчитывается индуктивное сопротивление так: XL = 2 π FL. Где XL — сопротивление катушки, π – константа (3,14), F – частота тока, а L – индуктивность катушки.

Емкостное

Таким сопротивлением обладает простой конденсатор, а вычисляется оно по формуле Xc = ½ π FC, где Xc – емкостное сопротивление (Ом), F – частота (Гц) и C – емкость (Ф). При подключении конденсатора в цепь сдвиг тока происходит в сторону опережения.

В двух последних случаях сопротивление зависти от частоты тока, а в первом (омическом) – частота не влияет на сопротивление. Именно потребители с индуктивным и емкостным сопротивлением заставляют платить за лишнюю электроэнергию.

Компенсация реактивной энергии

В силу характера работы таких приборов избежать эффекта реактивной энергии нельзя, но его можно компенсировать. Можно провести эксперимент, подключив в сеть катушку (трансформатор на холостом ходу) и замерив ток в цепи. Важно не показание, а его наличие. Теперь рассмотрим такую же схему с конденсатором вместо катушки. Ток также будет. Это значит, что никакой работы не производится, а счетчик считает.

Если же подключить катушку и конденсатор параллельно, то амперметры 1 и 2 покажут ток на катушке и на емкости. В то же время амперметр 3 при условии равенства коэффициента мощности обеих потребителей покажет значение ноль. Задача выполнена и сдвиг тока в одну сторону компенсирован аналогичным сдвигом в другую сторону.

Именно по этому принципу и работает так называемый «генератор обратной мощности». Но как это работает на практике и какая будет экономия?

Промышленные компенсаторы реактивной энергии

На любом предприятии есть определенный набор оборудования и четкий алгоритм работы. Это значит, что суммарный сдвиг по фазе можно определить подсчетом или замерами. За счет этого несложно подобрать нужную емкость конденсаторной батареи и рассчитать периодичность ее подключения. На практике подобные установки позволяют сэкономит до 4% электроэнергии, что при общем расходе в тысячи или десятки тысяч киловатт довольно ощутимо.

Важно! Применение компенсаторов реактивной энергии вполне законно.

Бытовые устройства

Целесообразность покупки генератора обратной мощности для дома остается под большим сомнением. Производители таких устройств попросту не могут знать какая техника у вас дома, когда и сколько работает пылесос, вентилятор, какой мощности у вас холодильник и сколько в доме электроники с конденсаторами и блоками питания. Обычно подобные устройства рассчитываются, как говорится, «на глаз» и речи о 5% экономии быть не может. Максимум чего можно достичь – это 0,5 или от силы 1 %. Учитывая цену перелагаемых в интернете устройств, при такой эффективности их окупаемость почти нулевая. Так стоит ли?

Намного эффективнее применить этот принцип индивидуально и на основе замеров угла отклонения самому подобрать нужную емкость для каждого более-менее мощного оборудования с электродвигателем.

Читайте также:

• Ветровой генератор для дома: какой лучше купить
• Выбираем дизельный электрогенератор для энергоснабжения частного дома
• Как выбрать бензиновый генератор для дома — практические советы

Генератор реактивной мощности 2 кВт

Главная Другое Экономика Финансы Маркетинг Астрономия География Туризм Биология История Информатика Культура Математика Физика Философия Химия Банк Право Военное дело Бухгалтерия Журналистика Спорт Психология Литература Музыка Медицина

страница 1 Генератор реактивной мощности 2 кВт Устройство предназначено для отмотки показаний индукционных электросчетчиков без изменения их схем включения. Применительно к электронным и электронно-механическим счетчикам, в конструкцию которых заложена неспособность к обратному отсчету показаний, устройство позволяет полностью остановить учет до мощности потребления в несколько кВт. При указанных на схемах элементах устройство рассчитано на номинальное напряжение сети 220 В и мощность отмотки 2 кВт. Применение других элементов позволяет соответственно увеличить мощность. Устройство, собранное по предлагаемой схеме, просто вставляется в розетку и счетчик начинает считать в обратную сторону. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно. Теоретические основы Работа устройства основана на том, что датчики тока электросчетчиков, в том числе и электронных, содержат входной индукционный преобразователь, имеющий низкую чувствительность к токам высокой частоты. Этот факт позволяет внести значительную отрицательную погрешность в учет, если потребление осуществлять импульсами высокой частоты. Другая особенность – счетчик является реле направления мощности, т.е если с помощью какого-либо источника (например дизель-генератора) питать саму электрическую сеть, то счетчик вращается в обратную сторону. Перечисленные факторы позволяют создать имитатор генератора. Основным элементом такого устройства является конденсатор соответствующей емкости. Конденсатор в течение четверти периода сетевого напряжения заражают от сети импульсами высокой частоты. При определенном значении частоты (зависит от характеристик входного преобразователя счетчика), счетчик учитывает только четверть от фактически потребленной энергии. Во вторую четверть периода конденсатор разряжают обратно в сеть напрямую, без высокочастотной коммутации. Счетчик учитывает всю энергию, питающую сеть. Фактически энергия заряда и разряда конденсатора одинакова, но полностью учитывается только вторая, создавая имитацию генератора, питающего сеть. Счетчик при этом считает в обратную сторону со скоростью, пропорциональной разности в единицу времени энергии разряда и учтенной энергии заряда. Электронный счетчик будет полностью остановлен и позволит безучетно потреблять энергию, не более значения энергии разряда. Если мощность потребителя окажется большей, то счетчик будет вычитать из нее мощность устройства. Фактически устройство приводит к циркуляции реактивной мощности в двух направлениях через счетчик, в одном из которых осуществляется полный учет, а в другом – частичный. Принципиальная схема устройства Устройство состоит из четырех модулей, принципиальные схемы которых приведены на рис.1 — 4. Интегратор (рис.1) предназначен для выделения из сетевого напряжения сигналов, синхронизирующих работу других модулей. Это прямоугольные импульсы уровня ТТЛ на выходах С1 и С2. Фронт сигнала С1 совпадает с началом положительной полуволны сетевого напряжения, а спад – с началом отрицательной полуволны. Фронт сигнала С2 совпадает с началом положительной полуволны интеграла сетевого напряжения, а спад — с началом отрицательной полуволны. Таким образом, сигналы С1 и С2 представляют собой прямоугольные импульсы, синхронизированные сетью и смещенные по фазе относительно друг друга на угол /2. Сигнал, соответствующий напряжению сети, снимается с резистивного делителя R1. 1, R1.3, ограничивается до уровня 5 В с помощью резистора R1.5 и стабилитрона D1.2, затем через узел гальванической развязки на оптроне ОС1.1 подается на другие модули. Аналогично формируется сигнал, соответствующий интегралу напряжения сети. Процесс интегрирования обеспечивается процессами заряда и разряда конденсатора С1.1. Система управления (рис.2) служит для формирования сигналов управления мощными ключевыми транзисторами рекуператора (рис.3). Алгоритм управления синхронизирован сигналами С1 и С2, получаемыми с интегратора. Для обеспечения импульсного процесса протекания энергопотребления устройством служит задающий генератор на логических элементах DD2.3.4 и DD2.3.5. Он формирует импульсы частотой 2 кГц амплитудой 5 В. Частота сигнала на выходе генератора и скважность импульсов определяются параметрами времязадающих цепей С2.1-R2.1 и C2.2-R2.2. Эти параметры могут подбираться при настройке для обеспечения наибольшей погрешности учета электроэнергии, потребляемой устройством. Логический блок системы на основе анализа сигналов С1 и С2 формирует сигналы U1 – U4, каждый из которых управляет соответствующим плечом рекуператора. В необходимые моменты времени логический блок модулирует соответствующий выходной сигнал сигналом задающего генератора, обеспечивая высокочастотное энергопотребление. Рекуператор (рис.3) представляет собой два одинаковых канала, каждый из которых обеспечивает подключение к электрической сети отдельного накопительного конденсатора С3.1 или С3.2. Канал управления конденсатором С3.1 состоит из мощных транзисторов Т3.2, Т3.6, выпрямительных диодов D3.1, D3.3, усилительных каскадов на транзисторах Т3.1, Т3.3 и узлов гальванической развязки от электросети на оптронах ОС3.1, ОС3.3. Канал управления конденсатором С3.2 построен аналогично. За счет алгоритма работы системы управления обеспечивается работа конденсатора С3.1 на положительной полуволне сетевого напряжения, а С3.2 – на отрицательной. Блок питания (рис.4) построен по классической схеме. Необходимость применения трех каналов питания продиктована особенностью связи каскадов рекуператора с электрической сетью. При этом общим проводом можно лишь условно считать отрицательный полюс 5- вольтового выхода. Он не должен заземляться или иметь связь с проводами сети. Главным требованием к блоку питания является возможность обеспечить ток до 3 А на выходах 16 В. Это необходимо для ввода мощных ключевых транзисторов в режим насыщения в открытом состоянии. В противном случае на них будет рассеиваться большая мощность, и они выйдут из строя. Детали и конструкция Микросхемы могут применяться любые: 133, 156, 555 и других серий. Не рекомендуется применение микросхем на основе МОП — структур, так как они более подвержены влиянию наводок от работы мощных ключевых каскадов. Ключевые транзисторы рекуператора обязательно устанавливаются на радиаторах. Лучше для каждого транзистора использовать отдельный радиатор площадью не менее 150 см2. Для транзисторов Т3. 1, Т3.3, Т3.5, Т3.7 необходимы радиаторы площадью не менее 40 см2. Из соображений безопасности не следует использовать металлический корпус устройства в качестве радиатора для транзисторов. Для всех высоковольтных конденсаторов на схеме обозначено их номинальное напряжение. Конденсаторы на более низкое напряжение применять нельзя. Конденсатор С1.1 может быть только неполярным. В этом узле применение электролитического конденсатора не допускается. Схема рекуператора специально составлена для использования в качестве С3.1 и С3.2 дешевых электролитических конденсаторов, но надежнее и долговечнее всё-таки применение неполярных конденсаторов. Резисторы: R1.1 – R1.4 типа МЛТ-2; R3.17 — R3.22 проволочные мощностью не менее 10 Вт; остальные резисторы типа МЛТ-0.25. Трансформатор Tr1 – любой маломощный с двумя раздельными вторичными обмотками на 12 В и одной на 5 В. Главное требование – обеспечить при номинальном напряжении 12 В ток каждой вторичной обмотки не менее 3 А. Все модули устройства следует смонтировать на отдельных платах для облегчения последующей настройки. Устройство в целом собирают в каком-либо корпусе. Очень удобно (особенно в целях конспирации) использовать для этого корпус от бытового стабилизатора напряжения, которые в недалеком прошлом широко использовались для питания ламповых телевизоров. Наладка При наладке схемы соблюдайте осторожность! Помните, что не вся низковольтная часть схемы имеет гальваническую развязки от электрической сети! Не рекомендуется в качестве радиатора для транзисторов использовать металлический корпус устройства. Применение плавких предохранителей – обязательно! Накопительные конденсаторы работают в предельном режиме, поэтому перед включением устройства их нужно разместить в прочном металлическом корпусе. Низковольтный блок питания проверяют отдельно от других модулей. Он должен обеспечивать ток не менее 3 А на выходах 16 В, а также 5 В для питания системы управления. Затем налаживают генератор, отключив силовую часть схемы от электросети. Генератор должен формировать импульсы амплитудой 5 В и частотой около 2 кГц. Скважность импульсов приблизительно 1/1. При необходимости для этого подбирают конденсаторы С2.1, С2.2 или резисторы R2.1, R2.2. Логический блок системы управления при условии правильного монтажа наладки не требует. Желательно только убедиться с помощью осциллографа, что на выходах U1–U4 есть сигналы прямоугольной формы. Интегратор проверяют двулучевым осциллографом. Для этого общий провод осциллографа соединяют с нулевым проводом электросети (N), провод первого канала подсоединяют к точке соединения резисторов R1.1 и R1.3, а провод второго канала – к точке соединения R1.2 и R1.4. На экране должны быть видны две синусоиды частотой 50 Гц и амплитудой около 150 В каждая, смещенные между собой по оси времени на угол /2. Далее проверяют наличие сигналов на выходах С1 и С2. Для этого общий провод осциллографа соединяют с точкой GND устройства. Сигналы должны иметь правильную прямоугольную форму, частоту также 50 Гц, амплитуду около 5 В и также должны быть смещены между собой на угол /2 по оси времени. Если фазосмещение сигналов отличается от /2, то его корректируют подбирая конденсатор С1.1. Настройка ключевых элементов рекуператора заключается в установке тока базы транзисторов Т3.2, Т3.4, Т3.6, Т3.8 на уровне не менее 1.5 — 2 А. Это необходимо для насыщения этих транзисторов в открытом состоянии. Для настройки рекомендуется отключить рекуператор от системы управления (выходы U1-U4), и при настройке каждого каскада подавать напряжение +5 В на соответствующий вход рекуператора U1-U4 непосредственно с блока питания. Ток базы устанавливают поочередно для каждого каскада, подбирая сопротивление резисторов R3.19 — R3.22 соответственно. Для этого может потребоваться еще подбор R3.4, R3.8, R3.12, R3.16 для соответствующего каскада. После отключения напряжения на входе ток базы ключевого транзистора должен уменьшаться почти до нуля (несколько мкА).. Такая настройка обеспечивает наиболее благоприятный тепловой режим работы мощных ключевых транзисторов. После настройки всех модулей восстанавливают все соединения в схеме и проверяют работы схемы в сборе. Первое включение рекомендуется выполнить с уменьшенными значениями емкости конденсаторов С3.1, С3.2 приблизительно до 1 мкФ. Конденсаторы лучше использовать неполярные. После включения устройства дайте ему поработать несколько минут, обращая особое внимание на температурный режим ключевых транзисторов. Если все в порядке – можете устанавливать электролитические конденсаторы. Увеличивать емкость конденсаторов до номинального значения рекомендуется в несколько этапов, каждый раз проверяя температурный режим. Мощность отмотки непосредственно зависит от емкости конденсаторов С3.1 и С3.2. Для увеличения мощности нужны конденсаторы большей емкости. Предельное значение емкости определяется величиной импульсного тока заряда. О его величине можно судить, подключая осциллограф параллельно резисторам R3.17 и R3.18. Для транзисторов КТ848А он не должен превышать 20 А. Если требуется еще большая мощность отмотки, придется использовать более мощные транзисторы, а также диоды D3.1-D3.4. Не рекомендуется использовать слишком большую мощность отмотки. Как правило, 1-2 кВт вполне достаточно. Если устройство работает совместно с другими потребителями, счетчик при этом вычитает из их мощности мощность устройства, но электропроводка будет загружена реактивной мощностью. Это нужно учитывать, чтобы не вывести из строя электропроводку. P.S. Не забывайте вовремя выключать устройство. Лучше всегда оставаться в небольшом долгу перед государством. Если вдруг Ваш счетчик покажет, что государство должно Вам, оно этого никогда не простит. Если при наладке устройства возникнут сложности – не спешите делать вывод о некорректности схемы. Схема проверена. Сформулируйте суть проблемы и обратитесь к разработчикам по адресу spkn@mail.ru . Мы обязательно разберёмся и поможем Вам. Эти материалы уникальны и являются собственностью авторов проекта www.sparkling.ru . Их распространение без согласия авторов недопустимо! Рис.1. Интегратор Рис.2. Система управления Рис.3. Рекуператор Рис.4. Блок питания Смотрите также: Генератор реактивной мощности 2 кВт 80.93kb. 1 стр. Проблемы повышения энергоэффективности передачи и потребления реактивной мощности в электрических сетях 2504.8kb. 15 стр. Безмультипликаторной турбогенераторной схемы ветроэлектрической установки большой мощности 82.78kb. 1 стр. Сила инерции генератор дополнительной мощности 99.59kb. 1 стр. Продолжительность Количество артистов 36.53kb. 1 стр. Контрольная работа Вариант №0 Задача №1 60. 61kb. 1 стр. Техническая характеристика 43.07kb. 1 стр. Мой Генератор – р №4 1988 С46 865.01kb. 6 стр. Курсовой проект по проектированию на тему Определение силы тяги основных марок воздушно-реактивных двигателей 214.69kb. 1 стр. Дизельная электростанция (генератор) Atlas Copco qas500 29.17kb. 1 стр. Мощность единицы мощности 95.94kb. 1 стр. Самовращающийся генератор 28.71kb. 1 стр.

▷ Основы работы реле обратной мощности

A.N., один из членов сообщества, вернет нас к основам этой статьей о реле обратной мощности.

Итак, вы думаете, что знаете все об этой теме? Если нет, прочитайте все, чтобы быть в курсе. И если вы это сделаете, прочтите ее в любом случае, просто чтобы проверить, действительно ли вы это делаете!

Что такое реле обратной мощности?

Рис. 1: Параллельное подключение генератора и электросети | изображение: 2.bp.blogspot.com

Реле обратной мощности — это направленное защитное реле, которое предотвращает протекание энергии в обратном направлении. Реле используется в установках, в которых генератор работает параллельно с сетью или другим генератором, чтобы предотвратить возврат энергии от шины или другого генератора к активному генератору при отказе его выхода.

Реле контролирует мощность генератора и, если выходная мощность генератора падает ниже заданного значения, быстро отключает катушку генератора, чтобы предотвратить попадание энергии в катушку статора.

Выход генератора может выйти из строя из-за проблем с первичным двигателем, турбиной или двигателем, приводящим в движение генератор, проблемами с регулятором скорости или разными частотами во время синхронизации.
Когда первичный двигатель выходит из строя, генератор перестает вырабатывать энергию и вместо этого может начать получать энергию от других параллельных источников и запускать двигатель. Реле обратной мощности определяет любое обратное направление потока мощности и отключает генератор, чтобы избежать возможного повреждения.

Реле обратной мощности Конструкция и работа

Реле изготовлено из легкого немагнитного алюминиевого диска между двумя электромагнитами с сердечником из мягкого многослойного железа и закреплено на шпинделе, работающем на подшипниках с низким коэффициентом трения. Верхний электромагнит намотан катушкой напряжения, на которое затем подается питание от одной фазы и искусственной нейтрали выхода генератора. Другой магнит имеет катушку тока, питаемую от трансформатора тока, подключенного к той же фазе, что и напряжение в верхнем электромагните.

Катушка напряжения имеет высокую индуктивность, спроектированную таким образом, что напряжение отстает от тока в катушке примерно на 90 градусов. Это отставание гарантирует, что магнитное поле, создаваемое током в верхней катушке, отстает от магнитного поля, создаваемого током в нижнем электромагните.

Два противофазных магнитных поля создают вихревые токи в алюминиевом диске, что создает крутящий момент, который пытается вращать диск.

В нормальных условиях, когда мощность течет, как и ожидалось, отключающие контакты реле разомкнуты, а диск находится в упоре. Если начинает течь обратная мощность, диск вращается в противоположном направлении, отходит от упора и приближается к контактам отключения, что приводит в действие цепь отключения.

Рисунок 2: Конструкция реле обратной мощности | изображение: Brighthubengineering.com

Большинство реле обратной мощности имеют регулируемые настройки, что позволяет заказчику выполнять настройки в соответствии с установленным оборудованием. Точка срабатывания обычно регулируется в пределах от 2 до 20 процентов от входного тока, а время задержки регулируется от 0 до 20 секунд.

5-секундная задержка часто используется, чтобы избежать отключения цепи во время синхронизации. В большинстве практических применений настройки обратной мощности составляют от 8 до 15 процентов для дизельных двигателей и от 2 до 6 процентов для двигателей с турбинным двигателем.

Преимущества реле обратной мощности

• Предотвращает протекание энергии в обратном направлении и повреждение статора генератора
• Предотвращает повреждение первичного двигателя
• Предотвращает возгорание или взрывы, которые могут быть вызваны несгоревшим топливом в генераторе

Резюме

Когда энергия поступает в генератор, он начинает работать как синхронный двигатель, а турбины или первичный двигатель становятся активной нагрузкой. Это может повредить первичный двигатель и поэтому нежелательно. Важно обнаруживать обратное питание и отключать питание как можно быстрее, и даже если газовые турбины и дизельные двигатели не могут быть немедленно повреждены, всегда существует риск взрыва или пожара из-за несгоревшего топлива.

Реле обратной мощности помогает контролировать мощность в генераторе, оно обнаруживает состояние обратной мощности, и реле немедленно отключает подключение к параллельной сети или другому источнику питания, тем самым защищая генератор от повреждения.
Надеюсь, это помогло. Спасибо, что читаете меня,
А.Н.
Итак, что вы думаете об этом, возвращаясь к основам реле обратной мощности? У вас есть какие-либо вопросы или информация для добавления? Расскажите нам в комментарии ниже!

Реле выходной мощности генератора обратной мощности

FacebookTwitterLinkedIn

Привод генератора/реверсивной мощности, его влияние на генератор и турбину, методы защиты. Выдержка из рутинного исследования

(«Я начинаю во имя Аллаха, Милостивого, Милосердного»)

те ненормальные рабочие условия, которым может подвергаться генератор, которые не обязательно связаны с неисправностью генератора.

Во время движения Реальная мощность поступает в генератор, что произойдет, если генератор потеряет входную мощность от первичного двигателя. Поскольку генератор исправен, трансформаторы тока с обеих сторон генератора будут давать одинаковый измеренный ток.

В этой статье обсуждаются ситуации, которые могут привести к пуску двигателя (обратной мощности) генератора, его влияние на генератор и турбину, типичные средства обнаружения этого ненормального рабочего состояния и методы отключения/защиты от этого состояния. Ниже приводится содержание статьи:

1.    Всесторонний обзор потери первичного двигателя: приведение в действие генератора

1.1 Краткое введение в приведение в действие электрического генератора и его влияние на турбину и/или     генератор

1.2 Назначение реле обратной мощности

Типовые значения реверса мощность, необходимая для вращения генератора

1.4 Рекомендуемые действия для оператора/инженера-электрика после инцидента с обратным питанием

2.     Воздействие вращения генератора на турбину (турбины)

3. Общее предупреждение

4. Чувствительность реле реле мощности/Настройка для различных турбин

5. Дополнительные рекомендации по мониторингу для защиты от движения генератора

5.1 Мониторинг температуры выпускных вытяжных 6.     Схемы отключения

7.    Краткий обзор защиты

1.    Всесторонний обзор потери первичного двигателя: двигатель генератора

1.1. Краткое введение в приведение в действие электрического генератора и его влияние на турбину и/или генератор

Приведение в действие электрического генератора — это ситуация, при которой мощность передается от системы к генератору. Эта ситуация может произойти, если питание первичного двигателя отключается, когда генератор подключен к энергосистеме. В этой ситуации, в зависимости от состояния возбуждения генератора, генератор переменного тока приводится в действие как: взволнован)

Это особенно важно для паровых и гидроагрегатов. Для паровых турбин это вызывает перегрев и потенциальное повреждение турбины и лопаток турбины. Низкий расход воды на гидроагрегаты может вызвать кавитацию лопаток турбины.

Это может произойти при очень быстром закрытии клапанов подачи пара или воды во время фазы снижения нагрузки или при отключении турбины без соответствующего отключения выключателя генератора.

 ·       Асинхронный двигатель (если возбуждение ВЫКЛ.)

Если он приводится в действие как асинхронный двигатель, в роторе будут возникать токи обратной последовательности, потенциально повреждающие демпферные обмотки, клинья, стопорные кольца и поковки.

Двигатель не повреждает генераторы, пока поддерживается надлежащее возбуждение. В паровых турбинах лопатки турбины низкого давления перегреваются из-за ветра. Обычно лопатки паровой турбины могут выдерживать автомобильные условия в течение 10 минут до повреждения.

Однако в любом случае реверсивное питание может неблагоприятно повлиять на целостность первичного двигателя. Из всех первичных двигателей паровые турбины наиболее чувствительны к движению. Они также работают с меньшей потребляемой мощностью (всего несколько процентов от номинальной нагрузки по сравнению с турбинами внутреннего сгорания, требующими до 50% номинальной мощности). По этим причинам паровые генераторы требуют точной настройки реле обратной мощности (32).

1.2. Назначение реле обратной мощности

Реле обратной мощности или антимоторные реле часто применяются как для целей управления, так и для релейной защиты.

В режиме управления они обычно используются для автоматического вывода агрегатов из эксплуатации во время плановых остановов и для обеспечения обесточивания первичных двигателей перед их электрической изоляцией для предотвращения превышения скорости.

В режиме защиты , они используются для защиты лопаток турбины от перегрева ветром и иногда для защиты блоков турбины внутреннего сгорания от условий возгорания. Реле обратной мощности или антимоторные защитные реле должны иметь достаточную выдержку времени перед срабатыванием, чтобы обеспечить синхронизацию отклонений (обычно около 6 секунд).

1.3. Типовые значения обратной мощности, необходимые для вращения генератора

Типичные значения обратной мощности, необходимые для вращения генератора на синхронной скорости без подводимой мощности в процентах от паспортной киловатт:

· паровые турбины, типы конденсирования от 1% до 3%

· паровые турбины, не конденсирующие типы 3+%

· Гидро-турбины от 0,2% до 2+%

· Дизельные двигатели +/- 25%

· Gas Gas турбина 50+%

1. 4. Рекомендуемые действия для оператора/инженера-электрика после инцидента с обратной мощностью

После отключения обратной мощности или защиты двигателя операторы должны определить, было ли отключение вызвано нестабильностью управления, проверив регистратор или тенденции DCS выходной мощности устройства в мегаваттах. Если очевидна нестабильность управления, инженеры-электрики или техники должны изучить и устранить проблему перед повторной синхронизацией устройства. Если нестабильность управления не очевидна, инженеры/техники должны проверить калибровку защитных реле, прежде чем возвращать устройство в эксплуатацию.

2.    Влияние работы генератора на турбину(-и)

Работа двигателя вызывает множество нежелательных явлений.

Например, в паровой турбине вращение ротора и лопастей турбины в паровой среде вызывает потери на холостом ходу или аэродинамические потери. Поскольку потери на ветер зависят от диаметра диска ротора и длины лопастей, эти потери обычно будут наибольшими на выпускном конце турбины. Потери на ветер также прямо пропорциональны плотности окружающего пара. Таким образом, любая ситуация, в которой плотность пара высока, вызовет опасные потери на ветер. Например, если в агрегате отсутствует вакуум, плотность отработанного пара увеличится, что приведет к тому, что потери на аэродинамическое сопротивление во много раз превысят нормальные. Кроме того, когда пар высокой плотности попадает между дроссельным клапаном и отсечным клапаном в установках промежуточного нагрева, потери на сопротивление воздуха в турбине высокого давления очень велики.

Энергия потерь от ветра рассеивается в виде тепла. Поток пара через турбину имеет двоякое назначение: отдавать энергию для вращения ротора и отводить тепло от частей турбины. Так как при движении через турбину пар не проходит, то теплота аэрационных потерь не уносится и турбина нагревается. Даже в ситуации, когда установка синхронизирована, но нагрузка не приложена и через установку проходит достаточно пара для восполнения потерь, расход вентиляционного пара может оказаться недостаточным для отвода всего тепла, выделяемого потерями. Хотя в этом случае генератор не работает, проблемы, вызываемые турбиной, будут такими же, и необходимо обеспечить защиту.

Поскольку температура деталей турбины регулируется потоком пара, во время движения различные детали будут охлаждаться или нагреваться с ненормальной, неконтролируемой скоростью. Это может вызвать серьезные термические напряжения в деталях турбины. Другой проблемой, возникающей в результате этого изменения температуры, может быть неравномерное сжатие или расширение частей турбины. Это может вызвать трение между вращающимися и неподвижными частями. Поскольку трение будет выделять тепло, проблема усугубляется (как и в случае потерь на ветер) из-за отсутствия потока вентиляционного пара для отвода тепла.

Существует максимально допустимое время работы паровой турбины в двигательном режиме, и это время обычно зависит от номинальной скорости агрегата. Эти данные можно легко получить у производителя конкретной паротурбинной установки.

Потеря ветра не является особой проблемой для других типов первичных двигателей, но они создают дополнительные трудности при движении. Например, газовые турбины

могут иметь проблемы с зубчатой ​​передачей при приводе со стороны генератора.

С гидротурбинами движение двигателя может вызвать кавитацию лопастей при низком расходе воды. Если гидроблоки должны работать как синхронные конденсаторы, блок будет моторным. Это должно быть признано в любой автомобильной защите.

С дизельным двигателем генераторных установок существует дополнительная опасность взрыва и возгорания от несгоревшего топлива.

Поэтому защита двигателей должна быть предусмотрена для всех генераторных установок, за исключением установок, предназначенных для работы в качестве синхронных конденсаторов, таких как гидроагрегаты, и может быть обнаружена различными средствами.

3.    Общие предостережения

Поскольку потери при вращении относительно невелики, могут возникнуть разрушительные превышения скорости, если агрегат отключен от энергосистемы, если не отключено питание первичного двигателя. Паровые турбины особенно уязвимы, учитывая сложность путей потока пара турбины. Неполное закрытие паровых клапанов из-за коробления, механического заедания или противотока из линий отбора пара может обеспечить достаточный поток пара в турбину для превышения скорости агрегата. По этой причине антимоторная защита путем обнаружения электрического обратного потока мощности обеспечивает максимальную защиту от чрезмерного превышения скорости. Если для защиты используются другие устройства, необходимо учитывать возможное превышение скорости агрегата.

Агрегаты с гидротурбинным приводом, напротив, часто проектируются так, чтобы выдерживать даже самые тяжелые условия превышения скорости.

4.    Реле обратной мощности Чувствительность/настройка Учет различных турбин

С системной точки зрения двигатель определяется как поток реальной мощности в генератор, действующий как двигатель.

При наличии тока в обмотке возбуждения генератор останется синхронизированным с системой и будет работать как синхронный двигатель. Если выключатель разомкнут, генератор будет работать как асинхронный двигатель. Поэтому на большинстве устройств используется силовое реле, предназначенное для наблюдения за машиной. Чувствительность и настройка реле зависят от типа задействованного первичного двигателя, поскольку мощность, необходимая двигателю, зависит от нагрузки и потерь холостого хода первичного двигателя.

В газовых турбинах , например, большая нагрузка компрессора представляет собой значительную потребляемую мощность от системы, до 50% паспортной мощности агрегата, поэтому чувствительность реле обратной мощности не критична. .

Дизельный двигатель без работы цилиндров представляет собой нагрузку до 25% от номинальной, так что опять же особых проблем с чувствительностью нет.

С гидротурбинами , когда лопасти находятся ниже уровня воды в нижнем бьефе, процентная мощность двигателя высока. Однако, когда лопасти находятся выше уровня хвостовой части, обратная мощность низкая, от 0,2 до 2,0% от номинальной, и может потребоваться чувствительное реле обратной мощности.

Паровые турбины , работающие в условиях полного вакуума и нулевого ввода пара, требуют около 0,5–3% номинальной мощности двигателя. Это может быть обнаружено чувствительным реле обратной мощности.

Могут быть рабочие условия, при которых реле обратной мощности не сможет обнаружить условия, наносящие ущерб первичному двигателю. В частности, для некоторых реле обратной мощности может быть невозможно точное измерение очень низких уровней мощности при низких коэффициентах мощности.

Уменьшение реактивной мощности генератора снизит требования к такой высокой точности. Это действие может быть выполнено посредством управляющих действий в системе возбуждения или посредством вмешательства оператора. Также могут использоваться дополнительные средства защиты или оповещения операторов.

Реле обратной мощности всегда применяются с выдержкой времени. Временная задержка до 60 с (обычно 30 с) может использоваться для предотвращения работы во время скачков мощности, вызванных сбоями в системе, или при синхронизации машины с системой. Выбранная временная задержка должна согласовываться с допустимым временем работы турбины.

Реле направления мощности подключено для срабатывания, когда реальная мощность поступает в генератор. Типичная чувствительность реле с микропроцессорными реле составляет всего 1 мА, что может потребоваться, когда генератор может работать с частичным вводом первичного двигателя. Время работы может составлять приблизительно 2 секунды.

Например, чувствительный элемент направленной мощности реле GE UR G60 реагирует на трехфазную направленную мощность и предназначен для приложений обратной мощности и малой прямой мощности для синхронных машин или соединений с когенерацией. Реле измеряет трехфазную мощность либо от полного набора ТН, соединенных звездой, либо от полного набора ТН, соединенных треугольником. В последнем случае используется метод двух ваттметров. Обратитесь к приведенным ниже соглашениям для получения подробной информации об активной и реактивной мощностях, используемых чувствительным элементом направленной мощности.

Элемент имеет регулируемый угол характеристики и минимальную рабочую мощность, как показано на диаграмме характеристик направленной мощности. Элемент отвечает следующему условию:

P cosθ + Q sinθ > SMIN

где: P и Q — активная и реактивная мощности, измеренные согласно соглашению об измерении серии UR, θ — сумма характеристика элемента (DIR POWER 1 RCA) и углы калибровки (DIR POWER 1 CALIBRATION), а SMIN – минимальная рабочая мощность

DIR POWER 1 RCA: Определяет характеристический угол реле (RCA) для чувствительной функции направленной мощности. Эта настройка имеет три варианта применения:

1. Она позволяет элементу реагировать на активную или реактивную мощность в любом направлении (активная избыточная/пониженная мощность и т. д.).

2. Вместе с точным углом калибровки он позволяет компенсировать любые угловые ошибки ТТ и ТН, обеспечивая более точные настройки.

3. Обеспечивает требуемое направление в ситуациях, когда сигнал напряжения снимается за силовым трансформатором, соединенным по схеме «треугольник» и требуется компенсация фазового угла.

Например, характеристика активной максимальной мощности достигается путем установки DIR POWER 1 RCA на «0°», реактивной максимальной мощности — установкой DIR POWER 1 RCA на «90°», активной характеристики пониженной мощности — установкой DIR POWER 1 RCA на «180°». «, и реактивный под напряжением, установив DIR POWER 1 RCA на «270°».

КАЛИБРОВКА DIR POWER 1 : Эта настройка позволяет изменять характеристический угол реле с шагом 0,05°. Это может быть полезно, когда необходимо компенсировать небольшую разницу в угловых ошибках VT и CT, чтобы обеспечить более чувствительные настройки. Эта настройка фактически позволяет выполнить калибровку функции направленной мощности с точки зрения угловой ошибки применяемых ТН и ТТ. Элемент реагирует на сумму настроек DIR POWER 1 RCA и DIR POWER 1 CALIBRATION.

Путем регулировки характеристического угла и обеспечения как отрицательных, так и положительных значений минимальной рабочей мощности можно достичь различных рабочих характеристик, как показано на рисунке ниже. Например, в разделе (a) на рисунке ниже показаны настройки для обратной мощности, а в разделе (b) показаны настройки для приложений с низкой прямой мощностью.

5.    Рекомендации по дополнительному контролю для защиты от запуска генератора

5.1. Мониторинг температуры вытяжного колпака

Поскольку основной причиной поломки моторной паровой турбины является повышение температуры из-за потерь на ветер, для защиты можно использовать датчики температуры. Поскольку потеря сопротивления воздуха, как правило, наиболее серьезна на выпускном конце турбины, в качестве дополнительной защиты часто используется датчик температуры, расположенный в выхлопном колпаке. Это устройство используется для оповещения оператора об этом состоянии двигателя.

Это устройство не следует использовать в качестве первичной защиты, поскольку измеренные температуры будут различаться в зависимости от расположения на выпускном конце турбины. Важное значение имеет размещение детектора. Также сомнительна надежность существующих детекторов. Поэтому в качестве первичной защиты следует использовать какую-либо другую форму защиты.

5.2. Расход пара турбины Мониторинг

Расход пара, равный или превышающий расход пара на холостом ходу при синхронной скорости, указывает на то, что агрегат не приводится в действие двигателем. Расход пара, даже при этом очень низком проценте от номинального расхода пара, можно определить путем измерения перепада давления на элементе турбины высокого давления. Использование дифференциального реле давления на этом элементе высокого давления является методом определения состояния двигателя. Он функционирует независимо от типа системы управления, будь то гидравлическая или электрогидравлическая. Это устройство не подвержено потенциальным проблемам, связанным с работой с более низким коэффициентом мощности, в отличие от реле обратной мощности. Хотя эти реле давления, как правило, надежны, могут возникнуть механические неисправности переключателя.

6.     Схемы отключения

Приведение в действие генератора происходит, когда прекращается подача энергии к первичному двигателю, когда генератор все еще работает. Когда это произойдет, генератор будет действовать как синхронный двигатель и приводит в движение первичный двигатель.

Хотя это состояние определяется как работа генератора, основной задачей является защита первичного двигателя, который может быть поврежден во время работы двигателя.

В схемах последовательного отключения паротурбинных генераторов в логику управления включен преднамеренный период работы двигателя для предотвращения потенциального превышения скорости агрегата. Хотя некоторые из устройств, используемых в логике управления для схем последовательного отключения, аналогичны устройствам, используемым в антимоторной защите, эти две функции не следует путать.

Защита от двигателя должна обеспечивать резервную защиту для этой логики управления, а также для других возможных состояний двигателя, которые не могут быть обнаружены логикой последовательного отключения (например, непреднамеренное закрытие регулирующих клапанов или условия высокой частоты в системе).