Шпаргалка по "Энергосиловое оборудование"

     25 Режимы работы  при отказах электродвигателей 

     Электродвигатель  как основной элемент системы  электропривода предназначен для приведения в движение рабочих органов производственного  агрегата или механизма. При работе электродвигателя, вследствие потерь мощности, неизбежно возникающих в нем в процессе преобразования электрической энергии в механическую, происходит взаимное нагревание отдельных его частей. В результате температура электродвигателя в процессе работы постепенно повышается. Это происходит до тех пор, пока количество тепла, выделяемое в электродвигателе в единицу времени, не окажется равным количеству тепла, отдаваемого им в окружающую среду При этом прекращается дальнейший нагрев двигателя и наступает установившийся тепловой режим.

     На  практике зачастую электродвигатели отключаются раньше, чем наступает длительный установившийся тепловой режим. После отключения греющие потери в электродвигателе оказываются равными нулю и двигатель охлаждается. Снижение температуры электродвигателя происходит и при падении нагрузки, в результате уменьшения потерь в его обмотках.

     В зависимости от характера нагрузки на валу различают три основных режима работы электродвигателя: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный. Каждый из них характеризуется продолжительностью работы и продолжительностью паузы. Рабочий период соответствует времени, в течение которого электродвигатель находится под нагрузкой, а период паузы — промежутку времени, в течение которого электродвигатель отключен или работает в режиме холостого хода.

     При работе электродвигателя в длительном режиме рабочий период оказывается достаточным для того, чтобы температура его достигла своего установившегося значения. При длительном режиме работы длительность рабочего периода, как правило, намного превышает время паузы.

     Кратковременный режим работы характеризуется тем, что в рабочий период температура электродвигателя не успевает достигнуть своего установившегося значения. При этом время паузы настолько велико, что оно оказывается достаточным для того, чтобы температура электродвигателя снизилась до температуры окружающей среды.

     При повторно-кратковременном режиме за период работы электродвигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

     При выборе мощности электродвигателя нагрев является основным фактором, определяющим допустимые условия работы двигателя в отношении нагрузки и степени его использования. Наиболее имитирующей в отношении нагрева частью электродвигателя является изоляция его обмоток. Наибольшая допустимая температура изоляции и определяет предельный допустимый нагрев электродвигателя в целом. При этом даже незначительное превышение температуры, хотя бы в одной точке электродвигателя, над максимально допустимой для данного класса изоляции может привести к ее нарушению и последующему выходу электродвигателя из строя.

    Наиболее  распространенными неисправностями  электрической части являются короткие замыкания внутри обмоток электродвигателя и между ними, замыкания обмоток на корпус, а также обрывы в обмотках или во внешней цепи (питающие провода и пусковая аппаратура). В результате указанных неисправностей может иметь место отсутствие возможности запускать электродвигатель; опасный нагрев его обмоток; ненормальная скорость вращения электродвигателя; ненормальный шум (гудение и стук); неравенство токов в отдельных фазах.

    Из  причин механического характера, вызывающих нарушение нормальной работы электродвигателей, чаще всего наблюдаются неисправности  в работе подшипников. Проявляется это в перегреве подшипников, вытекании из них масла, а также в появлении ненормального шума. Работающий асинхронный электродвигатель начал гудеть. При этом его скорость и мощность снижаются. Причиной нарушения режима работы электродвигателя является обрыв одной фазы.

    Фазу, в которой имеется обрыв, определяют с помощью мегомметра, для чего статор предварительно отключают от питающей сети. Если обмотки статора  соединены в звезду, то один конец  мегомметра соединяют с нулевой  точкой звезды, после чего вторым концом мегомметра касаются поочередно других концов обмотки. Присоединение мегомметра к концу исправной фазы даст нулевое оказание. Наоборот, присоединение мегомметра к фазе, имеющей обрыв, покажет большое сопротивление цепи, т. е. наличие в ней обрыва.   При работе асинхронного двигателя происходит сильный нагрев обмоток статора. Такое явление, сопровождаемое сильным гудением электродвигателя, наблюдается при коротком замыкании в какой-либо обмотке статора, а также при двойном замыкании обмотки статора на корпус.

     26 Оптимальные уровни  безотказной работы  электродвигателей 

     В настоящее время экономически обоснованные уровни количественных характеристик безотказности работы электродвигателей отсутствуют. В принципе безотказность работы, например АД, можно довести до самого высокого уровня за счет применения специальных мер, в том числе: улучшения конструкции электродвигателей, выбора установленной завышенной мощности, разработки комплекса специальных защит от аварийных режимов, осуществления непрерывного контроля за рациональными условиями эксплуатации электродвигателей и т. д.

     Однако  многие из этих мероприятий связаны  со значительными финансовыми и  другими затратами и экономически себя не оправдывают. Например, нет острой необходимости и целесообразности принимать меры к тому, чтобы срок службы подшипников в электродвигателе был в несколько раз больше срока службы самого электродвигателя, или недопустимо, например, повышать безотказность работы электродвигателя за счет снижения производительности технологического оборудования. С другой стороны, специалисты, работающие в области повышения надежности электрических машин, справедливо подчеркивают, что затраты при эксплуатации электродвигателей с повышением уровня их безотказности значительно снижаются. С ростом технико-экономических показателей (коэффициента мощности и коэффициента полезного действия) уровень надежности электрических машин повышается.

     Поэтому одной из важных задач оптимизации, в частности, асинхронных двигателей является изыскание оптимального уровня безотказности работы электродвигателей, удовлетворяющего минимальным затратам при максимальном экономическом эффекте. Успешным решением задачи оптимизации безотказных режимов работы электродвигателей является полная ликвидация износовых отказов и максимально возможное предупреждение внезапных отказов. Для этих условий с целью правильного изыскания экономического критерия оптимизации можно использовать экспоненциальный однопараметрический закон распределения вероятностей, являющийся частным случаем двухпараметрического закона Вейбулла-Гнеденко. Для этого закона постоянной величиной является интенсивность (опасность) отказов. Когда речь идет об увязке технико-экономических показателей с уровнем надежности работающего объекта, то под технико-экономическими показателями понимаются начальные (капитальные) затраты К и ежегодные эксплуатационные издержки И, приведенная сумма которых (к одной размерности) и составляет общие расчетные затраты З. Возрастание капитальных затрат оправдывает себя в том случае, если оно приводит не только к обеспечению надлежащего уровня безотказности работы объекта, но и к снижению эксплуатационных издержек, в результате чего уменьшаются и общие расчетные затраты. Экономию на эксплуатационные расходы можно совместить с экономией от ущерба при простоях оборудования. 
 
 
 
 
 
 
 

     27 Режимы потребления  реактивной мощности 

     Асинхронные электродвигатели (АД) и трансформаторы (Тр) потребляют 60—80 % реактивной энергии  в промышленных электросетях. Рассмотрим потребление ими реактивной мощности, основываясь на схемах замещения АД и Тр. Эти схемы идентичны, отличаются только ветвью, имитирующей нагрузку, поэтому воспользуемся одной — Г-образной схемой замещения (рис. 13.4).

     Известно, что подавляющее большинство потребителей электрической энергии обладает активными и реактивными сопротивлениями, поэтому в процессе потребления электрические установки наряду с активной мощностью потребляют и реактивную, которая непосредственно работы не производит, однако необходима для здания электрических и магнитных полей, без которых принципиально невозможна работа многих электрических машин и аппаратов.

     В частности, асинхронные электродвигатели используют реактивную мощность, которая затрачивается на создание вращающихся магнитных полей.

     По  статистике основными потребителями  реактивной мощности являются электродвигатели переменного тока, преимущественно  асинхронные двигатели, на долю которых  приходится около 70 % потребляемой реактивной мощности, около 20 % потребляют трансформаторы и около 10 % — различные электрические машины а аппараты, обладающие индуктивностью, и электрические сети, то являются причиной снижения коэффициента мощности.

     Из  формулы активной мощности электрической  цепи переменного тока следует, что при неизменном напряжении источника электрической энергии одна и та же активная мощность может быть передана при большом токе и малом и наоборот. Так как потери электрической энергии в активных сопротивлениях питающих проводов, проводов обмоток электрических машин и трансформаторов и других устройств пропорциональны квадрату потребляемого тока, понятно, что передавать электрическую энергию выгоднее при малом токе и высоком.

     При снижении коэффициента мощности потребителей увеличиваются потери электроэнергии не только в питающих сетях, но а в трансформаторах и генераторах,  установленных на электростанциях, так что при значительном снижении cos φ трансформаторы и генераторы оказываются настолько загруженными реактивными токами, что получение от них активной мощности, на которую они рассчитаны, становится невозможным. Вместе с тем при снижении cos φ увеличиваются и потери напряжения в питающих электрических сетях вследствие возрастания тока, что приводит к понижению питающего напряжения на предприятиях в сравнении с номинальным его значением и вызывает ненормальную работу потребителей электроэнергии. 
 
 

     28 Компенсация реактивной  мощности, расчет  и выбор компенсирующих  устройств 

     Применение  дополнительных компенсирующих устройств  производится после того, как приняты все меры для естественной компенсации реактивной мощности, отмеченные выше, по согласованию с энергоснабжающей организацией. Это мероприятие требует дополнительных материальных затрат, однако, оно уменьшает величину реактивной энергии, получаемой предприятием от системы энергоснабжения.

     Выбор вида компенсирующего устройства во всех случаях определяется технико-экономическими соображениями и расчетами. На производственных предприятиях для искусственной компенсации реактивной мощности, как указывалось, применяются синхронные компенсаторы и батареи статических конденсаторов. В данном случае, поскольку установленная мощность проектируемого предприятия незначительна, целесообразно использовать косинусные конденсаторы. Установка конденсаторов, включаемых со стороны низкого напряжения при значительных величинах высокого напряжения, является наиболее целесообразным и экономичным видом искусственной компенсации реактивной мощности.

     При искусственной компенсации с  применением косинусных конденсаторов повышается коэффициент мощности потребителей электроэнергии на проектируемом объекте. Реактивная мощность конденсаторов определяется из выражения

  Q_к = Q_м – Q_э,

  где    Q_м — фактическая реактивная мощность потребителя в часы максимума активных нагрузок энергосистемы, кВАр;

     Q_э — оптимальная реактивная мощность потребителя в часы максимума активной нагрузки энергосистемы (заданная энергоснабжающей организацией), кВАр. 

   Следует учитывать, что компенсация реактивной мощности приводит к повышению напряжения у электроприемников. Значительное  сокращение потерь активной мощности и энергии в линиях имеет место при увеличении напряжения, т.к. эти потери обратно пропорциональны квадрату напряжения.

   Определим расчетную реактивную мощность компенсирующего  устройства

    ,

   где    - расчетная мощность компенсирующего устройства, квар;

             - коэффициент, учитывающий повышение cos естественным способом, принимается =0,9;