Содержание к диссертации
Введение
1 Области применения; особенности эксплуатации асинхронных генераторов и анализ существующих защит
1.1 Области применения и особенности эксплуатации асинхронных генераторов в сельском хозяйстве
1.2 Анализ существующих устройств диагностики и защиты генераторов
1.3 Основные выводы по главе 2
Математическая модель автономного асинхронного генератора с витковыми замыканиями в обмотке статора
2.1 Методика построения математической модели ААГ
2.2 Математическая модель самовозбуждения ААГ
2.3 Математическая модель симметричных трёхфазных витковых замыканий ААГ
2.4 Математическая модель несимметричных витковых замыканий ААГ
2.5 Основные выводы по главе
3 Экспериментальные исследования повреждений автономного асинхронного генератора и информационные признаки повреждений
3.1 Методика экспериментального исследования повреждений асинхронного генератора
3.2 Витковые замыкания в статорной обмотке ААГ
3.3 Межфазные замыкания в статорной обмотке ААГ
3.4 Трехфазные замыкания в статорной обмотке ААГ
3.5 Витковые замыкания в статорной обмотке ААГ с параллельными ветвями 70
3.6 Обрыв фазы и несимметрия емкостей самовозбуждения ААГ 73
3.7 Применение теории планирования эксперимента для анализа повреждений в статорной обмотке ААГ 74
3.8 Основные выводы по главе 82
4 Разработка устройства защиты ааг 85
4.1 Возможность использования информационных признаков повреждений в статорной обмотке ААГ для разработки устройств защиты 85
4.2 Устройство дифференциально-фазной защиты асинхронного генератора от межфазных КЗ 86
4.3 Устройство дифференциальной защиты асинхронного генератора 88
4.4 Устройство защиты асинхронного генератора на основе использования сигнала вибродатчика 92
4.5 Технико-экономическое обоснование применения устройства защиты асинхронного генератора ' 97
4.6 Основные выводы по главе 108
Общие выводы по
Литература 112
- Области применения и особенности эксплуатации асинхронных генераторов в сельском хозяйстве
- Методика построения математической модели
- Методика экспериментального исследования повреждений асинхронного генератора
- Возможность использования информационных признаков повреждений в статорной обмотке ААГ для разработки устройств защиты
Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время широко известны автономные асинхронные генераторы с емкостным самовозбуждением (ААГ). Теоретические исследования и практический опыт показывают перспективы их применения в сельском хозяйстве, в том числе в качестве автономного источника электроснабжения животноводческих комплексов и птицефабрик. Значительный вклад в науку и практику их применения внесли такие ученые, как Н.И. Алиев, Н.Д. Торопцев, В.Я. Беспалов, М.Л. Костырев, А-3. Р. Джендубаев, B.C. Фришман, И.Г. Стрижков и др. Большой вклад в развитие защит асинхронных машин внесли: С.Л. Кужеков, М.Я. Клецель, В.Ф. Минаков, О.В. Кобзистый и др.
Однако имеется важная нерешенная проблема эксплуатации генераторов. В настоящее время чувствительных защит ААГ не существует. Есть мнение, что в случае коротких замыканий (КЗ) ААГ теряет возбуждение, и защита для него не требуется.
Известно, что в большинстве случаев (85-95 %) отказы асинхронных машин происходят из-за повреждения статорной обмотки. При этом более 90 % повреждений приходится на межвитковые замыкания. Замыкание небольшого количества витков статорной обмотки ААГ не должно существенно изменять основной магнитный поток машины, и, поэтому велика вероятность длительной работы ААГ с таким видом повреждения. Скрытый отказ, существующий в виде виткового замыкания, значительно снижает надежность автономного ААГ, как источника резервного питания.
В создании устройств защиты (УЗ) главная трудность заключается в том, что пока мало исследованы процессы при внутренних КЗ в обмотке статора ААГ и не определены информативные параметры или признаки, характеризующие соответствующие повреждения.
Цель исследования - повышение эксплуатационной надежности автономных асинхронных генераторов с емкостным самовозбуждением в электроус-
4 тановках сельскохозяйственного назначения путем применения защит ААГ при повреждениях в статорной обмотке. Задачи исследования:
разработать математическую модель витковых коротких замыканий в обмотке статора автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением;
провести экспериментальные исследования повреждений в обмотке статора автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением;
разработать устройства защиты автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением.
Объект исследования - автономный асинхронный генератор с емкостным самовозбуждением.
Научная гипотеза. В случае витковых КЗ в статорной обмотке ААГ не теряет возбуждения и продолжает питать нагрузку, в КЗ витках циркулирует ток, превышающий номинальный, что может стать причиной отказа.
Предмет исследования - витковые и межфазные повреждения обмотки статора автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением.
Методы исследования: математическое моделирование, планирование эксперимента, спектральный анализ, численное решение дифференциальных уравнений.
Научную новизну работы составляют:
математическая модель автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением при витковых КЗ в обмотке статора на базе системы дифференциальных уравнений;
результаты экспериментального исследования повреждений в обмотке статора автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением;
построение устройств защиты автономного асинхронного генератора с использованием полученных информационных признаков повреждений;
экономическое обоснование эффективности использования устройства защиты автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением.
Практическая ценность работы. Разработанные компьютерные программы моделирования витковых КЗ в обмотке статора ААГ позволяют установить диапазон изменения переменных электромагнитных величин, прогнозировать развитие процессов в генераторе и определить целесообразность применения различных защитных устройств.
Проведенные экспериментальные исследования позволили определить характерные признаки повреждений обмотки статора ААГ при витковых и межфазных коротких замыканиях. Разработаны устройства защиты и диагностики ААГ с емкостным самовозбуждением при таких повреждениях. Проведенные экономические расчеты позволили определить возможную область эффективного использования устройств защиты автономного асинхронного генератора с емкостным самовозбуждением в электроустановках сельскохозяйственного назначения.
Области применения и особенности эксплуатации асинхронных генераторов в сельском хозяйстве
Асинхронные генераторы различаются по способу возбуждения, характеру частоты (постоянная, изменяющаяся), способу стабилизации напряжения, конструктивному исполнению (с короткозамкнутым, фазным, полым ротором), числу фаз. На рисунке 1.1 представлена основная классификационная схема ААГ [91, 92].
ААГ с емкостным самовозбуждением имеет простую конструкцию, высокую надежность, относительно небольшую стоимость, является бесконтактной машиной.
Имеющиеся в настоящее время конденсаторы имеют достаточно малые удельные показатели. Таким образом, удельная масса ААГ получается меньше, чем у синхронных генераторов. Например, удельная масса конденсаторов К78-17 меньше в 3,45 раза по сравнению с конденсаторами МБЕЧ [29]. Современные системьг регулирования ААГ обеспечивают стабильное значение выходного напряжения и его частоты даже при значительных изменениях частоты вращения приводного механизма. ААЕ относительно легко включаются на параллельную работу, даже при значительных рассогласованиях частот вращения роторов генераторов, имеют хорошее качество выходного напряжения.
Целесообразность применения в установке для регулирования частоты асинхронного самовозбуждающегося генератора была показана еще в первой половине прошлого века [15]. Генератор вращался приводным двигателем с постоянной скоростью. Необходимый для возбуждения реактивный ток создавался конденсаторами. Регулирование частоты производится путем изменения величины емкости конденсаторов. Система достаточно проста, надежна и не требовала для своего обслуживания высококвалифицированного персонала. Тогда же И.А. Будзко было рекомендовано использовать асинхронные генераторы с конденсаторным возбуждением для освещения мастерских МТС.
Автономный асинхронный генератор с емкостным самовозбуждением можно использовать для питания асинхронных электродвигателей, электробытовых приборов, для нужд освещения, обогрева и т. д. в районах, удаленных от линий электропередач и электростанций местного значения.
В ряде стран в мощных энергосистемах параллельно синхронным генераторам включают асинхронные генераторы. По условию поддержания постоянства напряжения возбуждение синхронных генераторов при этом увеличивают, вследствие чего повышается их устойчивость. Целесообразность совместимой параллельной работы источников становится еще более очевидной, если учесть, что значительная часть активной мощности системы вырабатывается асинхронными генераторами.
Возможности применения асинхронных генераторов в крупных энергосистемах в связи с увеличением дальности передачи электрической энергии и мощности источников придается большое значение. Передача реактивной мощности приводит к уменьшению пропускной способности линии. Также гораздо эконо мичнее устанавливать источники реактивной мощности (синхронные компенсаторы, косинусные конденсаторы) в местах ее потребления. Повышение коэффициента мощности синхронных генераторов связано с недоиспользованием их реактивной мощности и уменьшением устойчивости. Асинхронные генераторы мощностью 22 — 300 тыс. кВт значительно дешевле синхронных генераторов такой же мощности. В мощных энергосистемах передавать на большие расстояния целесообразно только активную мощность, используя для этой цели и асинхронные генераторы, получающие реактивную мощность от синхронных генераторов.
Для получения постоянного тока или переменного тока стабильной частоты в широком диапазоне мощностей, а также для осуществления стартерных режимов (запуск двигателей постоянного тока) перспективно применение асинхронных генераторов с вентильным возбуждением, которые могут выполняться как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором.
Все более очевидной также становится возможность применения асинхронных генераторов в сельском хозяйстве. На рисунке 1.2 показаны основные области применения ААГ.
Следует отметить, что ААГ являются наиболее целесообразными источниками питания ручного инструмента [80]. Ряд ручных машин сельскохозяйствен ного-назначения; таких, как машины для-стрижки овец, для сбора ягод смородины и крыжовника, обрезки виноградной лозы, имеют электропривод повышенной частоты тока и пониженного по условиям безопасности напряжения. Для питания электрифицированных сельскохозяйственных инструментов предложена малогабаритная передвижная электростанция с асинхронным самовозбуждающимся генератором частотой 200 Гц. В качестве генератора используется асинхронный ко-роткозамкнутый двигатель с синхронной частотой вращения 12000 об/мин [91].
Широкое распространение в агрегатах ручной дуговой электросварки получили коллекторные генераторы постоянного тока, вентильные генераторы на базе синхронной машины и вентильные генераторы на базе индукторной машины. Однако массогабаритные показатели этих генераторов уступают соответствующим показателям ААГ, особенно при возбуждении последних с помощью, например конденсаторов серии К78 — 17.
Надежность работы сельской электрической сети в большой степени зависит от ее схемы, так как именно она определяет возможности резервирования, а также эффективность устанавливаемых в сети коммутационных аппаратов, средств автоматики, сбора, фиксации и передачи информации о месте повреждения. Основное требование к схеме - обеспечение максимальной степени резервирования при минимальной общей длине линий и при минимальном количестве резервных связей и оборудования. .
Крупные ответственные потребители (животноводческие комплексы, птицефабрики) с нагрузкой 1 мВт и выше, как правило, должны питаться от своей подстанции 35(110) /10 кВ.
В данной работе рассматривается вопросы резервирования системы вентиляции птичника на двадцать четыре тысячи голов мясного направления ОАО ППЗ «Русь» Кореновского района (Типовой проект 805 — 273. Разработан проектным институтом УКРНИИПШРОСЕЛЬХОЗ. Утвержден МСХ СССР 28.08.1974 года. Введен в действие институтом УКРНИИГИПРОСЕЛЬХОЗ с 14.04.1975 года Приказ № 21 от 17.03.1975 года). Данный объект можно отнести ко второй категории электроснабжения. По старым требованиям ПУЭ 6 допускалось электроснабже ниє таких объектов от одной линии без резервирования» [68]. С учетом же новых норм электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания [69] .
В настоящее время большое внимание уделяется техническим решениям, позволяющим одновременно повысить надежность систем электроснабжения сельскохозяйственных предприятий и сократить расходы на энергообеспечение. При этом, чем меньше будут экономические затраты на внедрение таких решений, тем доступнее они станут для массового использования.
При выборе независимых взаимно резервирующих источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения или полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты и автоматики при повреждениях в электрической части энергосистемы, а также одновременного длительного исчезновения напряжения на этих источниках питания при тяжелых системных авариях.
Если предприятие существует много лет, то проблемы реконструкции и модернизации особенно актуальны. При этом электроснабжение может осуществляться с помощью двух раздельно работающих линий (линии I и II на рисунке 1.3). Либо в качестве резервного источника питания может использоваться автономная электростанция, в которой можно использовать асинхронный генератор (рисунок 1.4).
Специфические условия эксплуатации электрических сетей вызывают большое число отказов их элементов. Отказы электрооборудования и перерывы в электроснабжении предприятий АПК влекут за собой как прямой экономический ущерб, связанный с его восстановлением, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции (например, массовой гибели птицы). При этом аварии могут происходить как в линиях 6... 10 кВ, так и в линиях 0,4 кВ.
Методика построения математической модели
Получение математической модели электромагнитных и электромеханических процессов при витковых КЗ в статорной обмотке ААГ имеет важное значение для изучения данного процесса. Математическая модель дополняет физический эксперимент, что особенно ценно для исследования аварийных режимов машин [36, 41]. Однако построение математической модели несимметричных витковых КЗ в статорной обмотке ААГ представляет собой довольно сложный процесс, В несимметричной машине не применимы традиционные допущения, которые делаются при моделировании симметричных машин. В результате получаются громоздкие системы дифференциальных уравнений, с большим числом переменных коэффициентов, решить которые с помощью современных вычислительных средств весьма затруднительно. Построение соответствующей модели целесообразно провести в несколько этапов.
В качестве базы для сравнения соотношения токов, напряжений, потокосце-плений и др. при возникновении витковых КЗ, а также для формирования нормальных условий переходных процессов при возникновении КЗ целесообразно использовать математическую модель самовозбуждающегося ААГ. Такая модель может быть получена при использовании различных промежуточных преобразованных координатных систем описания электромагнитных процессов. Названной задаче в наибольшей степени удовлетворяет система а, Р координат, неподвижная относительно статора [21,41].
Поскольку электромагнитное действие КЗ контура проявляется в размагничивании генератора, то есть уменьшении магнитного потока в области действия КЗ контура, целесообразно рассмотреть предельный случай такого размагничивания, имеющего место при наличии таких контуров одновременно во всех трех фазах обмотки статора. К тому же это случай симметричного режима ААГ, для которого могут быть і применимьътрадиционные допущения о симметрии.машины (электрической, маг / нитнои, пространственной); гладких цилиндрических поверхностей магнитопро I І водов статора и ротора, магнитной проницаемости стальных участков р, = оо и А ", распределении МДС в зазоре по гармоническому закону (так называемые «синус I ные обмотки»). Принимаем, что вращающееся поле имеет круговую форму, то і есть его амплитуда постоянна, а мгновенное значение частоты вращения за период неизменно [43]. Также принимаем, что обмотка статора выполнена с числом параллельных ветвей равным единице и одним элементарным проводником. И, наконец, составим систему ДУ при витковых КЗ в фазной статорной об 1 мотке ААГ, которые характеризуются сложным характером протекания электро I магнитных процессов в генераторе.
Таким образом, построение модели витковых замыканий в обмотке статора генератора проведем в три этапа:
1) Моделирование классического симметричного ААГ как базы для сравнения и решения уравнений последующих частных моделей витковых КЗ генерато r ра.
2) Математическое моделирование трехфазных симметричных КЗ в статорной обмотке ААГ.
3) Математическое моделирование ААГ при витковых КЗ в фазной статорной обмотке.
Рассмотрим трехфазный идеализированный ААГ, схема расположения ко I торого изображена на рисунке 2.1. В модели машины имеются трехфазные обмот !! ки на статоре с одинаковым числом витков wA=wB=wc и короткозамкнутая обмотка на роторе. і В А, В, С системе координат при перемещении обмоток ротора взаимные I индуктивности между ними изменяются во времени t по периодическому закону, I при этом: Потокосцепления в других фазах имеют аналогичный вид и соотношение. Чтобы избавится от периодических коэффициентов (индуктивности, взаимные индуктивности), изменяющихся по гармоническому закону вследствие вращения ротора, необходимо перейти к заторможенной системе координат а, р, у (рисунок 2.2). Проецируя результирующие вектора токов ротора, напряжений и потокосцеплений на оси статора запишем уравнения (2.2) в преобразованной трехфазной системе координат [41]:
Для решения нелинейных уравнений иногда применяется графоаналитический метод, позволяющий достаточно быстро отыскать наглядные решения. Однако моделирование процессов в многообмоточных машинах в особых режимах из работы связано с необходимостью решения нелинейных дифференциальных уравнений высоких порядков, что может быть реализовано лишь численным методом с использованием ЭВМ. В нашем случае результаты решения системы - уравнений (2.16) получим с помощью пакета MathCAD [53, 67].
В нашем случае ААГ выполнен на базе асинхронной машины 4А10084УЗ. Программа расчета, выполненная в среде Mathcad, с учетом паспортных данных машины для номинальной емкости приведена в приложении А.
На рисунке 2.4 показан характер изменения тока в фазе статора при самовозбуждении асинхронной машины с включением предварительно незаряженных конденсаторов 40 мкФ при условии, что первоначальный магнитный поток в машине обусловлен лишь остаточным намагничиванием статора и ротора.
В этом случае наблюдаются симметричные классические плавно нарастающие и постепенно устанавливающиеся колебания. Осциллограмма процесса самовозбуждения для реального автономного асинхронного самовозбуждающегося генератора показана также на рисунке 2.4. Исходя, из; анализа данных кривых, можно судить о сходстве процессов самовозбуждения (расхождение в пределах 2 - 3 %) реального генераторажего математической модели.
Данная математическая» модель достаточно хорошо отражает процессы самовозбуждения и нормальной/ работы автономного асинхронного самовозбуждающегося генератора при различных емкостях возбуждения. Однако она не дает представлений о работе генератора при витковых замыканиях в его статорной обмотке. Поэтому необходима модель повреждений ААГ.
Методика экспериментального исследования повреждений асинхронного генератора
Ориентация на методы аналитического исследования без широко поставленного эксперимента недостаточна и не может обеспечить полноценных результатов при изучении режимов работы электрических машин, в частности их повреждений. Экспериментальные исследования позволяют сформулировать требования к устройствам защиты, а также дать экспериментальный материал для определения области применения используемых математических моделей работы ААГ в нормальном режиме и при возникновении неисправностей.
Исследовались повреждения в статорной обмотке ААГ (витковые и межфазные КЗ), повреждения конденсаторов самовозбуждения (несимметрия и обрыв одной из фаз емкостей) и обрыв фаз генератора.
Для моделирования различных видов коротких замыканий внутри обмотки статора генератора была создана установка (рисунок 3.1). В ней в качестве объекта исследования используется асинхронный генератор, выполненный на базе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа 4A100S4Y3 (3 кВт, 1435 об/мин, номинальным током 6,7 А, коэффициентом мощности, равным 0,65, количеством витков в фазе 210) [81, 83, 84, 85, 87].
Привод ААГ может быть различным. В.частности его приводом может быть ветроустановка. Её моментная характеристика не обладает жесткостью. Поэтому в экспериментальной установке использовалось два варианта привода: АД (система с «жестким» приводом, со « const) и двигатель постоянного тока (ДПТ) с изменяемой в некоторых пределах угловой скоростью («не жесткая» система, со = var). (на рисунке 3.1 в качестве приводного двигателя показан АД). В случае вращения ААГ от ДПТ напряжение генератора поддерживалось равным 220 В. ААГ возбуждался от батареи конденсаторов, соединенных треугольником. )
При определенных допущениях емкость конденсаторов возбуждения определяется следующей формулой [26]:
В целом точный расчет потребной емкости относительно сложен. Однако с достаточной для практики точностью можно пользоваться значениями, рекомендованными в [15]. В нашем случае принимаем емкость самовозбуждения 40 мкФ.
Схема экспериментальной установки показана на рисунке 3.2. Здесь АГ -асинхронный генератор, ПД - приводной двигатель, С1 и С2 - конденсаторные батареи соответственно 30 % и 70 % от номинального значения (для изменения емкости самовозбуждения генератора). В ходе экспериментов производились замыкания между витками в одной фазе или разных фаз. Измерялись емкостные токи ІемкА, ІемкВ, ЬмкС; токи генератора ІА, їв, Іс для фаз А, В, С соответственно; ток короткого замыкания 1кз; токи нагрузки ІнгА, ІнгВ, ІнгС. Для изучения изменений данных величин производилось их осциллографирование.
Для проведения эксперимента в каждой фазе обмотки статора выполнено по 6 выводов (отпаек) медным проводом с поперечным сечением в несколько раз большим сечения провода обмотки. Считая от нулевых выводов, отпайки выполнены согласно таблице 3.1.
В таком случае, можно осуществлять различные сочетания как витковых, так и межфазных замыканий до 50% витков в обмотке.
На рисунке 3.4 изображена однослойная концентрическая обмотка с двумя параллельными ветвями, а также выводы для ветвей всех трех фаз (см. также табл. 3.2). Выводы обмотки расположены таким образом, чтобы можно было производить замыкания различных витков как между параллельными ветвями одной из фаз, так и между параллельными ветвями различных фаз между собой.
Большое распространение в сельском хозяйстве в качестве автономных источников питания получили ААГ малой и средней мощности. В данной работе в качестве объекта исследования был выбран ААГ, выполненный на базе АД средней мощности с простой однослойной концентрической обмоткой.
Двухслойные обмотки и различные специальные обмотки в работе не рассматриваются.
При этом исследовалась работа генератора при возникновении частичной несимметрии (обрыв части емкости), а, также при J обрыве полностью одной или-двух фаз емкостей и в случае их КЗ:
Возможность использования информационных признаков повреждений в статорной обмотке ААГ для разработки устройств защиты
Установлено, что в случае витковых КЗ несимметрия токов и напряжений не велика и сравнима с несимметрии в цепи нагрузки ААГ. Это не позволяет выполнить защиту, реагирующую на данную несимметрию. Тоже можно сказать и об изменении гармонического спектра токов и напряжений.
В качестве защиты от межфазных КЗ можно, использовать устройство для дифференциально-фазной защиты, а также дифференциальной защиты асинхронного генератора, описание и принцип действия которых приведено ниже.
Для защиты ААГ с двумя параллельными ветвями возможно использование поперечной дифференциальной защиты.
Использование устройства защиты, в котором используется вибродатчик, позволяет осуществлять защиту от большинства повреждений, вызывающих увеличение амплитуды колебаний корпуса машины таких, например, как витковые и межфазные КЗ. Устройство также позволяет защищать генератор от неисправностей подшипников и др.
Также не исключается возможность использования других устройств защиты, например реагирующих на несимметрию магнитного поля внутри генератора в случае виткового КЗ в статорной обмотке (при размещении кольца, охваченного ферромагнитным сердечником, внутри электрической машины) [39].
Данное устройство обладает достаточно высокой чувствительностью, однако размещение кольца внутри машины сопряжено с необходимостью разборки и сборки машины и представляет сложную технологическую операцию. Наводимое в кольце электромагнитное поле не дает точного представления о характере нарушения изоляции и возникновении короткого замыкания в. обмотке, что приводит к необходимости усложнения схемы блока защиты. Возможны ложные срабатывания защиты при несимметричной нагрузке генератора. Также сложность бло-
ка защиты не позволяет обеспечить, его высокую надежность, в работе и предопределяет высокую стоимость. Тоже можно сказать и об устройствах тепловой защиты. В данной работе возможность использования этого устройства не рассматривается.
Разработанное устройство (патент № 2313890 РФ RU) относится к устройствам релейной защиты АГ с емкостями самовозбуждения от внутренних межфазных коротких замыканий в обмотке статора. Устройство позволяет защищать ААГ с емкостями возбуждения, соединенными по схеме звезда от внутренних межфазных КЗ в обмотке статора вблизи нулевых выводов. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства, обеспечивающего высокую чувствительность к данным повреждениям, состоит в уменьшении размера повреждений асинхронного генератора, уменьшении стоимости и времени по-слеаварийного ремонта. Изобретение позволяет получить простую и надежную защиту ААГ с емкостями самовозбуждения малой и средней мощности [63].
Защитное устройство состоит из трансреакторов 1, 2 и 3, первичные обмотки которых подключены к трансформаторам 4, 5 и 6 тока, установленным в одноименных фазах фазных, нулевых выводов и выводов емкостей возбуждения асинхронного генератора, крайние выводы вторичных обмоток трансреакторов 1—3 соединены между собой через встречно включенные диоды 7—12, точки соединения которых подключены через два последовательно соединенных резистора 13 и 14, средний вывод вторичной обмотки трансреактора 3 соединен со средним выводом вторичной обмотки трансреактора 1, с точкой соединения резисторов и с входом реагирующего органа 15, выход которого соединен со средним выводом вторичной обмотки трансреактора 2 (рисунок 4.1).
Устройство работает следующим образом. В случае внутреннего межфазного короткого замыкания в обмотке статора ААГ вблизи нулевых выводов к диоду 9 приложено выходное напряжение трансреактора. 2 по величине большее, чем напряжения трансреакторов 1 и 3, приложенные к диодам 7 и 11 и диод 9 открыт. Через реагирующий орган 15 протекает ток, и орган 15 срабатывает. В следующий полупериод к диоду 10 приложено напряжение большее, чем к диодам 8 и 12. Через реагирующий орган 15 протекает ток в том же направлении. Таким образом, через реагирующий орган 15 ток протекает в оба полупериода частоты генератора. В нормальном режиме напряжение на выходе трансреактора 2 должно быть 1,5-2 раза больше, чем напряжение на выходах трансреакторов 1 и 3.
При нормальной работе ААГ, а также при его самовозбуждении устройство не срабатывает, так как в оба полупериода частотытока генератора диоды 9 и 10 закрыты и через реагирующий орган 15 ток не протекает. При. внешних коротких замыканиях всети генератора а также при-внутренних межфазных коротких замыканиях в обмотке статора.вблизи фазных выводов генератор теряет возбуждение и защита не требуется:
Устройство позволяет получить простую и надежную защиту ААГ с емкостями самовозбуждения от внутренних межфазных КЗ и может найти широкое применение для ААГ малой и средней мощности. «
Данное устройство (патент № 66127 РФ RU) также относится к устройствам релейной защиты ААГ с емкостями самовозбуждения, соединенными по схеме треугольник от внутренних межфазных КЗ в обмотке статора [65].
Устройство для дифференциальной защиты ААГ состоит из трансформаторов тока 1, 2, соединенных по схеме треугольник и установленных со стороны фазных 4, 5, 6, нулевых выводов 7, 8, 9 и трансформатора тока 3, соединенного по схеме звезда и установленного в треугольнике емкостей самовозбуждения 10, 11, 12 ААГ, а также реле 13, 14, 15, подключенных к точкам соединения вторичных обмоток трансформаторов тока (рисунок 4.2).
В случае внутреннего межфазного КЗ в обмотке статора ААГ вблизи нулевых выводов ток в реле равен сумме токов со стороны нулевых 7, 8, 9, фазных выводов 4, 5, 6 и выводов емкостей самовозбуждения 10, 11, 12, что больше тока срабатывания реле, которое приходит в действие и отключает генератор. Трансформаторы тока со стороны нулевых 2 и фазных 1 выводов соединены по схеме треугольник. В случае внешних КЗ в сети ААГ, а также при нагрузке сумма токов меньше тока срабатывания реле и устройство не срабатывает. При этом трансформаторы тока должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации.
