Тиристорные коммутаторы с плавным пуском и приборы контроля изоляции разработки и производства НПП «Сатурн»

Опубликовано: 7 октября 2008 г. в 17:48, 942 просмотраКомментировать

Плавный пуск асинхронных двигателей методом фазового регулирования напряжения становится в настоящее время все более актуальным с появлением надежных тиристорных пусковых устройств, обеспечивающих плавность разгона во всем диапазоне скорости двигателя.

Преимущества плавного пуска в сравнении с прямым пуском очевидны и бесспорны:

  • уменьшаются значения пусковых токов до 1,5-3 кратного значения;
  • снижается риск механического разрушения привода, вала, и корпуса двигателя;
  • уменьшаются электромеханические усилия в обмотках электродвигателя;
  • сводится к минимуму гидроудар в системе;
  • пуск насоса на открытую задвижку практически не отличается от пуска на закрытую задвижку.

Естественно, устройства плавного пуска двигателя уступают частотным преобразователям из-за отсутствия возможности регулирования, поэтому, на наш взгляд, заслуживает внимания следующая общая концепция выполнения любого привода мощностью от 30-40 кВА: там, где не нужно регулирование скорости вращения двигателя, должен присутствовать его плавный пуск. Тиристорные устройства плавного пуска имеют и преимущества в сравнении с преобразователями частоты: значительно меньшее негативное влияние на сеть (при плавном пуске оно присутствует только на стадии пуска, дальше формы напряжения и тока практически синусоидальны), значительно меньшие стоимость и габариты, как следствие более простого технического решения.

В настоящее время вопросами плавного пуска занимаются многие предприятия, одним из которых и является НПП «Сатурн». Весь перечень изделий, выпускаемых или разрабатываемых предприятием, в том числе и тиристорных коммутаторов (выключателей) с плавным пуском, представлен на нашем сайте www.nppsaturn.ru.

Все изделия выполнены с применением элементной базы лучших иностранных и отечественных компаний, в том числе в силовой части стоят тиристоры Саранского завода «Электровыпрямитель». Основным отличием наших тиристорных коммутаторов является то, что все они являются выключателями, а не устройствами плавного пуска, то есть в них нет байпаса (шунтирования контактором после пуска). Во всех изделиях используется только естественное охлаждение тиристоров. Преимущества такого выполнения — в 4-5 раз большие возможности по перегрузке как в режиме пуска, так и в аварийных ситуациях. Мы, в отличие от большинства производителей, не ограничиваем количество пусков, возможности коммутаторов значительно перекрывают перегрузочные характеристики двигателей. Тиристорные коммутаторы имеют большее быстродействие в сравнении с изделиями с байпасом, импульсы управления снимаются мгновенно, а процесс выключения занимает не более 20 мс с выключением тиристоров в нуле тока, с полным отсутствием тока среза и, как следствие, перенапряжений на двигателе. Наши изделия являются полностью бесконтактными аппаратами, они проще в исполнении из-за отсутствия необходимости переключений тока с пускового устройства на байпас и обратно, дешевле (цена байпаса соизмерима с тиристорным коммутатором) имеют габариты не больше аналогов.

Основным недостатком наших изделий является потеря мощности в коммутаторе из-за прямого падения напряжения на тиристорах. Эти потери в высоковольтных изделиях составляют менее 0,1% от коммутируемой мощности, в классе 0,4 кВ не более 0,5%. В сравнении с КПД, потерями в кабеле и подводящих линиях, это несоизмеримо меньше. Да и эти потери можно и нужно превращать в полезную энергию, поскольку большинство станций работают в условиях воздействия низких температур и имеют подогрев. При наличии автоматического регулирования температуры потери в коммутаторе на 65-70% (в среднем по году) можно использовать как полезное тепло для поддержания рабочей температуры в станции.

Все тиристорные коммутаторы имеют систему слежения за набором оборотов двигателя с автоматическим отключением плавного пуска при достижении двигателем скорости, близкой к номинальной. Это позволяет избежать биений двигателя на последней, завершающей стадии плавного пуска. Также имеется система контроля состояния тиристоров со светодиодной индикацией.

В изделиях достаточно хорошо решены вопросы синхронизации включения тиристоров и равномерность тока по фазам. Эти два параметра обеспечивают плавный разгон двигателя как на холостом ходу (только вал двигателя), так и при любой нагрузке. Причем обеспечение равенства токов в фазах обеспечивает равное выделение тепла в двигателе при прямом и плавном пуске, за счет исключения двухфазного режима работы во всем диапазоне плавного пуска.

Для наглядности работы коммутаторов на рисунках 1 и 2 представлены осциллограммы напряжения и тока в одной фазе двигателя.

Рис. 1. Типичная осциллограмма напряжения
на фазе электродвигателя на холостом ходу
при плавном пуске
Рис. 2. Осциллограмма динамики тока нагруженного
электродвигателя при плавном пуске

Технические решения, заложенные в изделиях на 0,4 кВ, позволили нам достаточно просто выполнить изделия на напряжения 2,4кВ с сохранением плавности пуска и равенства токов по фазам. Регулирование параметров плавного пуска, стартового напряжения от нуля до Uн и времени разгона от нуля до 60 секунд выполняются с помощью программного переключателя и потенциометра, расположенных на лицевой стороне аппарата.

Тиристорные коммутаторы используются в составе станций управления КТППН, работающих на предприятиях нефтегазового комплекса, в металлургии, где тиристорные коммутаторы с плавным пуском совместно с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором успешно заменяют дорогостоящие и менее надежные двигатели с фазным ротором в приводах проката проволоки.

Предприятием разработана и проходит испытания новая схема тиристорного коммутатора с возможностью плавного пуска асинхронных электродвигателей.

В новой разработке сохранены все преимущества коммутаторов серии ТК-0,4-хх особенно в силовой части. Основные изменения коснулись системы управления коммутатором. Благодаря применению микропроцессоров новые коммутаторы обладают рядом преимуществ. Цифровая система управления открывает ряд недоступных ранее функций:

  • даёт возможность управлять коммутатором с пульта управления (внешний вид на рис.3), который может быть расположен как непосредственно на коммутаторе, так и вынесен отдельно;
  • позволяет более точно задавать параметры плавного пуска благодаря наличию цифрового индикатора, что делает настройку коммутатора для плавного запуска двигателя простой и наглядной;
  • благодаря цифровому интерфейсу обеспечивает возможность управления коммутатором с удалённого контроллера или компьютера;
  • более наглядно отображает на индикаторе панели управления неисправности в силовой части коммутатора или системы управления;
  • позволяет использовать коммутатор в системах сбора данных и различных устройствах автоматического управления;
  • даёт в перспективе техническую возможность расширения функций коммутатора (при подключении дополнительных модулей возможно обеспечение электронной защиты силовой части коммутатора от перегрузок по току, осуществление управления плавным пуском с обратной связью по току нагрузки).

Рис.3. Внешний вид пульта управления коммутатором

Питание коммутаторов — от трёхфазной сети с изолированной и гхлухозаземлённой нейтралью частотой 50 Гц. 

Коммутаторы имеют переключающий контакт реле-повторителя положения коммутатора.

Рис.4. Схема подключения тиристорного коммутатора

Вторым направлением деятельности предприятия является разработка и производство приборов контроля изоляции для сетей с изолированной нейтралью, в том числе и для старых станций управления, выполненных по типу КТППН и ШГС, а также для новых станций с контроллером.

Вопросы контроля изоляции в старых станциях с использованием прибора контроля изоляции Ф4106 зарубежного производства решены на низком уровне; недостаточно продуманное техническое решение, неправильный выбор режимов работы элементов и трансформатора приводят часто, особенно в летнее время года, к ложным включениям и отключениям, режиму генерации даже при наличии замыкания на «землю», что справедливо вызывает нарекания эксплуатирующих организаций. Поскольку наши тиристорные коммутаторы работают совместно с приборами контроля изоляции (отключают станцию по команде Ф4106), мы, для исключения негативного влияния прибора, ввели в коммутаторе задержку повторного включения до 6 секунд и, одновременно, по просьбе ОАО «Самаранефтегаз» разработали российский аналог — прибор контроля изоляции Ф4106М-01, который полностью взаимозаменяем с Ф4106. В новом приборе за счет схемных решений исключены ложные включения и отключения, введена задержка до 20 секунд на повторное включение после восстановления сопротивления изоляции и световая индикация нормального сопротивления изоляции. Корпус прибора выполнен металлическим и является теплоотводом. При малом потреблении (до 20Вт) и правильном выборе элементов это актуально только в жаркое время года. Ф4106М-01 выпускаются серийно с начала 2003 г. 

В современных станциях с контроллером, выполненных по типу ШГС (двухтрансформаторных), вопрос контроля изоляции традиционно решается с помощью дросселя в нейтрали трансформатора с подачей напряжения нейтрали на вход контроллера при двухступенчатой защите разрядниками.

В контроллере имеется постоянное напряжение 100В, которое через дроссель и нейтраль трансформатора заряжает емкость кабеля, а ток утечки по постоянной составляющей пропорционален сопротивлению изоляции. Решение достаточно простое, реализованно во многих станциях и, тем не менее, мы считаем, что вопрос о его переоценке давно назрел. Недостатки метода очевидны. Во-первых, это перенапряжения в кабеле, возникающие при неодновременном включении коммутационного аппарата. В этом случае в нейтрали появляется напряжение до 0,7Uф, которое вызывает срабатывание разрядника на «землю». Появляется колебательный контур, состоящий из емкости кабеля и индуктивности дросселя. Не случайно некоторые ведущие производители станций управления отказались от этого метода и используют емкостно-омический делитель с выходом на контроллер. Метод также не лишен недостатков: большая мощность делителя, низкое быстродействие (до 1с), высокий уровень пульсаций переменного напряжения, мешающий измерениям.

Некоторые разработчики станций ШГС перенесли метод измерения с дросселем и в эту станцию. Учитывая, что объект измерения находится за коммутационным аппаратом, они организовали нейтраль, выполнив отдельный дроссель на полное рабочее напряжение (2,4 кВ). К недостаткам измерения в ШГС прибавился дорогостоящий дроссель с большими габаритами.

Имея достаточный опыт в разработке ф4106М-01 и проанализировав ситуацию мы разработали устройство Ф4106М-02 для измерения сопротивления изоляции в станциях с контроллером, достаточно простое по техническому решению. Оно состоит из высоковольтного высокоомного (несколько сотен кОм) делителя и блока сопряжения с контроллером.

Краткие технические характеристики устройства приведены на нашем сайте.

Преимущества: малая мощность делителя; высокая помехозащищенность из-за отсутствия прямой связи напряжения контролируемой сети с входом контроллера; высокая точность измерения; низкий уровень пульсаций выходного сигнала.

Необходимо отметить, что по применению изделие универсально, как для станций, выполненных по типу КТППН, так и ШГС, по напряжению оно охватывает весь ряд до 4,5 кВ. 

Вниманию потребителей также предлагается цифровой прибор контроля изоляции Ф4107(ТорС), который проходит сейчас «полевые» испытания на таких предприятиях, как «Геотехноцентр» — филиал ОАО «Енисейгеофизика» и ООО «Самара-Электро_Сервис».

Из приведенных ниже характеристик прибора можно сделать вывод о том, что делается еще один шаг вперед в области создания подобного современного оборудования в нашей стране.

Новый прибор выполнен в герметичном литом алюминиевом корпусе (см. фото) на базе современных электронных компонентов от известных мировых и отечественных производителей. Все устройства прибора, включая источники питания и выходные разъёмы, размещены на одной печатной плате легко извлекаемой из корпуса для обслуживания и ремонта.

В приборе Ф4107 сохранены все основные технические характеристики и функциональные возможности приборов Ф4106М-01 и аналогичных. Кроме того, новый прибор имеет ряд существенных преимуществ, позволяющих не только заменить старые приборы во всех применениях, но и использовать его в системах сбора данных и различных устройствах автоматического управления.

Таковыми преимуществами являются

  • Применение микроконтроллера, что позволяет путём перепрограммирования адаптировать возможности прибора для нужд конкретного заказчика. Например, установить любой набор уставок по сопротивлению изоляции, любую задержку повторного включения реле после отпускания, любое количество повторных включений до блокировки, любое значение сопротивления при котором происходит повторное включение и др.
  • Расширенный, от -45°С до +85°С, диапазон рабочих температур за счёт встроенного устройства подогрева.
  • Повышенная, не хуже 1% , точность измерения сопротивления изоляции во всём диапазоне рабочих температур и питающих напряжений.
  • Гарантированная, не хуже 0,1% , точность временных интервалов во всём диапазоне рабочих температур и питающих напряжений.
  • Расширенный, от 1 кОм до 10 МОм, диапазон измеряемых сопротивлений.
  • Увеличенное до 16-ти число уставок отпускания реле по сопротивлению изоляции, задаваемых с помощью 4-х перемычек на внешнем разъёме.
  • Значительное, до 6-ти ВА с цифровой светодиодной индикацией и до 4-х ВА без, уменьшение потребления электроэнергии за счёт применения импульсных источников питания.
  • Наличие, в соответствии с пожеланиями заказчика, цифрового интерфейса, либо типа RS-232, либо типа RS-485.
  • Расширенные возможности вывода визуальной информации. Кроме стрелочного прибора информация о величине измеренного сопротивления изоляции может выводиться на цифровой 4-х разрядный светодиодный индикатор, и (или) на светодиодную шкалу. Причём, связь прибора с этими устройствами, включая питание, осуществляется по 4-м проводам.
  • Наличие аналогового выхода по напряжению, гальванически развязанного от измерительной схемы, который может использоваться, либо для управления стрелочным прибором, либо как стандартный аналоговый сигнал 0 — 10 В в системах автоматики.
  • Наличие стандартного 4-20 мА аналогового выхода по току для использования в системах автоматики.
  • Существенно меньшие габаритные размеры — 160×100×60.
  • Значительно меньшая масса прибора — не более 1 кг. 

Таким образом, предлагаемые тиристорные коммутаторы и приборы контроля изоляции НПП «Сатурн» имеют многолетний положительный опыт эксплуатации и, на наш взгляд, заслуживают внимания разработчиков станций управления и эксплуатирующих организаций.

ООО «Тороид»,
Ерошкин А. В.,
Шейкин  Ю. И.,
Рачковский  А. С.,
Черножуков  С. И.,
Белоглазов  А. А. 

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.