4.4.2. Синхронні генератори

Застосовуються за автономного режиму роботи:

• на ізольованого споживача промислової частоти;

• на місцеву малопотужну систему (якщо потужність синхронного генератора перевищує потужність системи більш ніж на 15 %);

• у системах потужністю понад 3 МВт як найбільш економічно доцільні.

У разі застосування серійних синхронних генераторів (типу ЕСС) під час під’єднання до гідротурбін слід враховувати, що вони мають малий момент інерції (призводить до зменшення динамічної стійкості), високу частоту обертання (зумовлює потребу в застосуванні додаткового обладнання).

Промисловість спеціально для малих гідроелектростанцій випускає:

• вертикальні синхронні генератори серії СВ потужністю 3…9 МВт, номінальною частотою 125...750 об/хв, ККД 95...98 %;

• горизонтальні синхронні генератори серії СГ потужністю 0,5...10 МВт, 6,3 та 10 кВ, частота обертання 187,5...1500 об/хв.

4.4.3. Асинхронні генератори

Асинхронні генератори, що працюють на загальну енергомережу, уможливлюють спрощення електрообладнання станції, оскільки не потребують застосування регулятора точного регулювання обертів гідротурбіни, регулятора напруги генератора, пристроїв збудження, гасіння поля, синхронізації, як і для роботи синхронного генератора. Однак слід врахувати, що для збудження асинхронні генератори споживають реактивну потужність із мережі в тій же кількості, що й електродвигуни відповідної потужності та коефіцієнта потужності.

Під час роботи асинхронного генератора в автономних системах головною проблемою постає потреба у забезпеченні збудження. Збудження здійснюється способом утворення реактивної потужності та способом керування збудженням.

Перший спосіб реалізується за допомогою використання конденсаторів як пасивного реактивного джерела, що має ємнісну провідність та за допомогою статичного перетворювача (вентильне збудження), в якому реактивна потужність ємнісного характеру утворюється напівпровідниковим джерелом реактивної потужності.

За способом керування збудженням асинхронні генератори поділяються на такі:

• з безперервним керуванням за збуренням (або відхиленням);

• з релейним керуванням;

• з імпульсним керуванням за фазою та частотою.

Зазвичай асинхронні генератори використовують на станціях, що працюють на суто освітлювальне (активне) навантаження. У цьому разі допускається під’єднання до 25 % силового навантаження з умовою, що потужність найбільшого двигуна в цій мережі становить не більше 10 % потужності генератора. Асинхронні генератори не рекомендується застосовувати на станціях потужністю понад 20 кВА.

4.4.4. Автоматизація гідроелектростанцій

Автоматичні пристрої гідроелектростанцій мають забезпечити:

• дистанційний або автоматичний пуск агрегату;

• синхронізацію генератора та під’єднання його до мережі (у разі потреби);

• завантаження агрегатів (набирання та зміну потужності);

• підтримання встановленого рівня швидкості обертання та напруги;

• контроль роботи основних вузлів агрегату та подачу попереджувальних сигналів про порушення роботи вузлів станції;

• дистанційну зупинку агрегатів;

• аварійну зупинку обладнання;

• гальмування агрегатів після від’єднання від мережі у зв’язку з їх зупинкою;

• попередження самовільного запуску агрегатів.

Вибір технічних засобів автоматики проводиться в такому порядку:

1. Вибір контрольно-вимірювальних приладів

Вибирають прилади серійного випуску. Вибираючи прилади, враховують:

– керовані параметри середовища, в якому працює прилад (температуру, тиск, вологість, запиленість, вібрацію тощо);

– рівень і характер контрольованої величини;

– відстань між точками вимірювання та вторинними приладами;

– наявність механічної дії (удари, вібрацію);

– наявність джерел живлення.

Контрольно-вимірювальні прилади забезпечують технологічні норми, в межах яких має перебувати керований параметр об’єкта. Користуються такими метрологічними показниками:

– для контролю та регулювання виробничих процесів із високим ступенем точності застосовують прилади класу точності 0,2 (похибка  0,2 %);

– для контролю та регулювання виробничих процесів із середнім сту­пенем точності застосовують прилади класу точності 0,5 (похибка  0,5 %);

– для мнемосхем, пультів, пунктів контролю та сигналізації (невисокої точності) – клас точності 1 (1 %);

– шкали приладів вибирають такі, щоб значення вимірюваної величини вкладалось у другу половину або в останню третину шкали.

Під час вибору враховується інерційність приладу (має бути меншою за інерційність об’єкта):

Т_в.пр  (0,2...0,3)Т_об.

2. Вибір датчиків

До датчиків висувають такі вимоги:

– лінійність і однозначність статичної характеристики (нелінійність не перевищує 0,1...0,3 %);

– висока чутливість (крутість);

– стабільність характеристик у часі;

– швидкодія;

– стійкість до хімічної дії навколишнього контрольованого середовища;

– висока здатність до перевантажень;

– взаємозаміна однотипних пристроїв;

– мінімальна обернена дія на контрольований параметр;

– простота монтажу та обслуговування.

Датчики вибирають у два етапи: перший – за родом контрольованого параметра вибирають різновид датчика; другий – за каталогом знаходять його типорозмір.

Датчики підбирають так, щоб вимірювана величина становила 1/3...2/3 діапазону його вимірювання.

3. Вибір виконавчих механізмів

Вибір соленоїдних приводів обмежується розрахунком котушки електромагнітів за напругою та тяговим зусиллям.

Електродвигунні виконавчі механізми вибирають залежно від значення моменту, потрібного для повороту заслінок (М_дв  М_зас).

4. Проектування пристроїв електроджерел систем автоматики

Під час проектування схем і систем електроживлення розробляють такі питання:

– вибір та обслуговування схем електроживлення, роду струму, значення напруги та потужності джерела (у системах контрольно-вимірю­вальних приладів та автоматики доцільно застосовувати таку напругу, як і для електроживлення об’єкта без додаткового перетворення);

– розрахунок і вибір апаратури керування та захисту кіл живлення;

– вибір і розрахунок систем освітлення щитів і пристроїв електроживлення;

– вибір систем живлення електроінструментів для виконання монтажних і ремонтно-експлуатаційних робіт;

– розрахунок перетинів і вибір марок проводів, що живлять розподільні мережі;

– вибір способу прокладання електропроводок проводами та кабелями.

Схеми електроживлення поділяються на живильну (лінія від джерела живлення до щита) та розподільну (лінія від щита до електроспоживача) мережу.

Залежно від розміщення щитів живлення контрольно-вимірюваль­ної апаратури та автоматики мережі можуть бути:

– радіальними, які застосовують у тих випадках, коли щити живлення розташовують у різних напрямках від джерела, і відстань між щитами більша, ніж від джерела до щита;

– магістральними, які використовують для електроживлення групи щитів; якщо відстань між ними значно менша за відстань до джерел живлення, розрізняють мережі з одно- та двостороннім живленням;

– радіально-магістральні.

Розподільні мережі захищають тільки від струмів короткого замикання. Обираючи автоматичні вимикачі, дотримуються таких вимог:

U_авт  U_мер; I_н.роз  I_спож; I_н.авт  I_спож; I_{max. авт}  I_{3-ф. к.з}.

Обираючи запобіжники:

U_зап  U_мер; I_max.зап  I_3-ф.к.з; I_зап  I_спож;

І_пл.вс = І_пуск/,  = 2,5 – нечасті пуски (5...10 с);  = 1,6...2,0 – важкі пуски (10...40 с).

Перетин проводів мереж систем живлення вибирають за умовами нагрівання електрострумом та за механічною міцністю з подальшою перевіркою за втратою напруги. Кабельні проводки прокладають відкрито, а також у сталевих лотках, коробах і каналах. Застосовують проводи з алюмінієвими та мідними жилами.

5. Проектування щитів і пультів

Щити систем автоматики поділяють:

– за виконанням – на відкриті (панельні) і захищені (шафні);

– за призначенням – на оперативні (ведеться контроль та керування технологічним процесом) та неоперативні (безпосередньо не використовуються оператором);

– за місцем установки:

а) місцеві (біля автоматизованої установки);

б) агрегатні (апаратура для одного агрегату);

в) блочні (апаратура декількох агрегатів);

г) центральні (апаратура всього технологічного процесу);

д) допоміжні (щити з лічильниками, з живленням).

Прилади та апаратуру на лицьовій стороні щита і пульта розміщують, виходячи з умов ефективної роботи оператора та його безпеки. Апаратуру, яка виділяє багато теплоти (резистори, лампи), розміщують у верхній частині щитів. Апаратуру з рухомими струмовідними частинами розміщують так, щоб вони не могли самостійно замкнути коло під дією власної маси.

Для електропроводки щитів і пультів застосовують проводи з мідними жилами.

Підлога в щитовій має бути неелектропровідною. Норма освітленості за штучного освітлення 550...1100 лк (у разі зчитування приладів), 220...550 лк – у разі ведення записів, 100 лк – у разі ремонту, 20...50 лк – у проходах.

6. Проектування пристроїв заземлення

Заземленню підлягають металеві частини установок, що безпосередньо не перебувають під напругою, але в будь-який час на них може з’явитися небезпечний для життя рівень напруги.

Не потрібно заземляти корпуси приладів, що стоять на металевих заземлених щитах та корпуси електроспоживачів, виконаних повністю з діелектрика.

У мережах із глухо заземленою нейтраллю використовують для заземлення провідники: нульові проводи, сталеві труби електропроводок, алюмінієві оболонки кабелів. У цьому разі заборонено застосовувати нульові проводи для заземлення однофазних електроспоживачів. Заборонено використовувати для заземлення свинцеві оболонки кабелів, металорукави, металеві конструкції коробів і лотків, оскільки вони самі мають бути заземлені. Мінімально допустимий перетин мідних зазем­лювачів становить 1 мм², алюмінієвих – 2,5 мм².