Pad napona motornih pogona

Παρουσίαση με θέμα: "Pad napona motornih pogona"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Pad napona motornih pogona
Dosadašnja razmatranja odnosila su se uglavnom na pad napona u vodovima, bez obzira na to jesu li to vanjski vodovi ili su kabeli. U rudniku će biti isključivo kabelska mreža, prema tome možemo govoriti o padu napona u kabelima. Kod njih je važno tehnički osigurati siguran zalet motora i pokretanje stroja, dok ekonomski značaj pada napona i gubitaka u vodovima stavljamo u drugi plan. Izraženiji su troškovi nabavke kabela od onih što nastaju zbog gubitaka energije. Pri pokretanju pogona na motoru nastaje ukupni pad napona, odnosno napon pada na vrijednost: Ip – struja pokretanja motora ZM – impedancija motora, koja iznosi

2 Ako je na priključnom mjestu motora prije pokretanja bio nazivni napon Un,
onda je u trenutku njegova pokretanja nastao pad napona: UM – napon na motoru Ta razlika napona je ukupan pad napona u cijeloj mreži, a sastoji se od ukupnog pada napona od izvora do potrošača. Ako se to prikaže po dužini toka energije za jedan primjer rudničke mreže, onda će utjecaj pada napona biti kao na slici:

3 Na ukupni pad napona utječe pad napona u kabelima i pad napona u transformatoru.
Prema tome se uzima: Pri čemu je ukupni pan napona s obzirom na napon napajanja: ΔUrV i ΔUXV – parcijalni padovi napona zbog radne i induktivne komponente impedancije kablovskog voda ΔUrT i ΔUXT - parcijalni padovi napona zbog radne i induktivne komponente impedancije transformatora Pri tome izlazi: Gdje su Rt i Xt radni i induktivni otpor transformatora.

4 Pad napona u transformatoru izračunava se i na osnovu radne i induktivne
komponente napona kratkog spoja, tako da je pad napona u transformatoru izražen u postocima: U0 – napon praznog hoda transformatora (kV) PT – nazivna snaga transformatora (kVA) ur, ux – komponente napona kratkog spoja transformatora (%) φp – fazni kut između napona i struje pokretanja motora Zna li se pad napona u vodovima i pad napona u transformatoru, poznat je i ukupni pad napona uz zanemarivanje utjecaja srednjonaponske mreže, osobito za male i srednje pogone. Tako će ukupni pad napona izražen u postocima biti :

5 Poznavajući padove napona u postocima, dobiva se za ukupni napon:
pv -ukupni pad napona u vodovima PT – ukupni pad napona u transformatoru Ako u proračun uzimamo i pad napona u transformatoru, onda moramo računati s naponom praznog hoda kao s naponom napajanja umjesto nazivnog napona mreže. Napon će praznog hoda transformatora biti: gdje je U nazivni napon mreže. Tako ćemo na motoru dobiti napon:

6 Ili će pad napona s obzirom na nominalni napon U iznositi:
što izraženo u postocima znači odstupanje od nazivnog napona: Kod velikih pogona sa znatnim prividnim snagama i izrazito induktivnom impedancijom gdje je redovito riječ o motorima priključenima na mrežu napona 11kV. Tako da praktički impedancija cijele mreže sudjeluje u formiranju pada napona. Tad će ukupni pad napona ovisiti o prividnoj snazi pokretanja i o ukupnoj snazi mreže, odnosno o snazi kratkog spoja mreže. Ukupni pad napona na sabirnicama na koje je priključen motor kod pokretanja iznosi: ili U – nazivni napon Pk – snaga kratkog spoja mreže na sabirnicama:

7 SNAGA POKRETANJA Snagu pokretanja računamo prema izrazu:
Ip – struja pokretanja motora (kA) U – nazivni napon mreže (kV) Kod velikih padova napona u proračun treba uzeti i struju pokretanja: ZM – impedancija motora (Ω/faza) Međutim zbog utjecaja mreže struja pokretanja će biti nešto manja: gdje je ZN nadomjesna impedancija mreže Ω/fazi pa će snaga pokretanja iznositi:

8 Radi potpunijeg prikaza odnosa pada napona u velikim pogonima na dijagramu
krivulja prikazuje približno utjecaj snage mreže s obzirom na snagu motora i na ukupni pad napona u pokretanju motora.

9 Dosadašnja su se razmatranja odnosila na pokretanje jednog pogona priključenog
na neopterećenu mrežu. Ako je kod pokretanja pogona mreža već opterećena drugim potrošačima (dva pogonska motora velikih snaga) proračun pada napona postaje dosta složen. Tako ćemo pri pokratanju motora M1 imati sliku nadomjesnih impedancijan prema varijanti a), a pri pokretanj motora M2 varijantu b).

10 Ukupni će pad napona pri pokretanju motora M1 biti:
I1 – ukupno opterećenje mreže prije pokretanja motora M1 IpM1 – proračunska struja pokretanja motora M1 za nazivni napon XM1 – reaktancija motora M1 XT – reaktancija transformatora XN – nadomjesna reaktancija mreže Ili izraženo u postocima: Ovakav proračun moramo raditi samo ako je snaga ostalog opterećenja jednaka nazivnoj snazi motora ili je veća od nje.

11 Za najnepovoljnije pokretanje motora M2 točan se proračun znatno komplicira.
Želi li se provesti točan proračun treba izračunati sve radne i induktivne komponente struje te radne i induktivne komponente pada napona i odrediti sve parcijalne padove napona. Ukupni pad napona računa se prema izrazu: Pk1 – snaga kratkog spoja na sabirnicama motora M1 (MVA) P1 – ukupna prividna snaga opterećenja na sabirnicama motora M1 u trenutku pokretanja motora M2 Pk2 – snaga kratkog spoja na sabirnicama motora M2 (MVA) Ps2 - ukupna prividna snaga opterećenja na sabirnicama motora M2 u trenutku

12 Ukoliko je snaga kratkog spoja Pk2 zbog dužine kabela znatno manja od Pk1
moramo raditi točan proračun pomoću kompleksnog računa izračunavajući sve parcijalne padove napona zbog radnih i induktivnih komponenata struja i impedancija. Točan se proračun provodi bez pojednostavnjenja pojedinih komponenata mreže pomoću tzv. Thevennove ili Nortonove ekvivalentne sheme mreže. Tu su impedancije mreže prema slici 225 prikazane u petlji svedenoj na jedan napon od 6kV za koji ćemo izračunati i impedancije mreže, ZN i ZT

13 Napon UM1 naći ćemo kao da je sve priključeno, osim motora M1 kojeg
pokrečemo zadnjeg pa će pad napona pri pokretanju biti: A struja I : Nakon što smo izračunali napon mrežu možemo prikazati shemom kao na slici 226b i naći struju pokretanja motora M1,koja će dati pad napona pri pokretanju:

14 Uzmu li se samo induktivne komponente mreže, simbolični račun prelazi u
obične računske operacije i postaje jednostavan. Za pokretanje motora M2 mrežu prema slici 225 prikazujemo kao na slici 227a. Prema njoj izračunamo (ili izmjerimo) napon UM2, i na osnovi njega shemu prikažemo kao na slici 227b i prema njoj dobivamo uputnu struju motora M2 i pad napona kao i proračun po slici 226.

15 Struja pokretanja motora iznosi:
Pad napona na motoru M2: I taj se račun svodi na jednostavne računske operacije ako se sve impedancije zamjene induktivnim komponentama, što je primjer 6 kV-ne mreže moguće uz minimalna odstupanja, ako je zanemariva potrošnja što je izražava impedancija Z2. To vrijedi za oba motora, M1 i M2.

16 Na kraju ćemo dat opći pogled u tablici 29 kako treba računati pad napona
za pojedine pogone i koji dio impedancije mreže treba uzeti u proračun ukupnog pada napona. Računajuči pri tome pokretanje najnepovoljnijeg pogona, motora koji će pri pokretanju izazvati najveći pad napona. Motori snaga PM Uzima se kod proračuna pada napona U vodovima, u transformatoru i u vodu do sljedećeg transformatora, računajući od nazivnog napona Cijelu mrežu, odnosno njezinu snagu na osnovi snaga kratkog spoja U vodovima od TS do mjesta proračuna uz nazivni napon transformatora sa U vodovima od TS do mjesta proračuna uz nazivni napon transformatora sa U vodovima i u transformatoru računajući od napona praznog hoda transformatora sa U vodovima i u transformatoru računajući od napona praznog hoda transformatora sa

17 Pad napona je ograničen:
DOPUŠTENI PAD NAPONA Pad napona je ograničen: a) s tehničkog gledišta: -da se motor sigurno pokrene, dakle da ima dovoljan pokretni moment -da ne dođe do prevelikog kolebanja napona u mreži(udarac u mreži), i do djelovanja podnaponske zaštite b) s ekonomskog stajališta: -da nisu preveliki gubici energije i da nije smanjen efekt rada strojeva što može uzrokovati gubitak u proizvodnji -da nisu preveliki troškovi ulaganja za obnovu kabelske mreže c) propisima sa stajališta sigurnosti, da se ne bi dovela u pitanje pouzdanost rada strojeva, a s tim u vezi i osiguranje zaštitnih mjera.

18 Pad napona pri pokretanju stroja
Od svih spomenutih ograničenja moramo udovoljiti ovim osnovnim zahtjevima: 1. da je osiguran dovoljan moment pokretanja stroja 2. da pad napona udovoljava važećim propisima Pad napona pri pokretanju stroja Pokretni moment elektromotora ovisi kod svih strojeva o magnetskom toku, struji motora i o faznom pomaku između induciranog napona u rotoru i struje rotora. Moment zakretanja: ili zaključujemo da je: Odnosno da moment zakretaja ovisi o kvadratu napona.

19 Budući da je u momentu pokretanja napon na stroju najmanji, to je očito da će u tom trenutku upravo biti i najmanji moment motora. Da bi se gonjeni stroj sigurno i pouzdano pokrenuo, valja za svako pokretanje osigurati da moment pokretanja bude veći od suprostavljenog momenta stroja koji pokrećemo ili, drugim rječima, u svakom pokretanju pogonski motor mora imati dovoljno veliki moment zaleta. Srednja vrijednost momenta otpora Srednja vrijednost protumomenta pokretanog stroja

20 Za pouzdani zalet, za sigurno pokretanje pogonskog stroja, moraju se ispuniti ovi osnovni uvjeti:
Mn-nazivni moment otpora MoM-početni moment pokretanja motora MoT-početni moment pokretanja pogonskog stroja 3. Uvjet:

21 Samo ako je udovoljeno spomenutim uvjetima, bit će osiguran normalan pogon. Kod nekih teških pogona, npr. grabuljastih lančanih transportera na otkopu ili strojeva za dobivanje momenta zaleta mora biti minimalna vrijednost: Jednako tako i za odnos početnih momenata pokretanja treba da bude: Pri tome se MpTmax smatra maksimalnim početnim protumomentom koji valja svladati pri punome opterećenju pogonskog stroja. Koliko dugo će trajati pokretanje stroja do nazivnog broja okretaja, ovisit će uglavnom o veličini momenta njegova zaleta i o momentu tromosti pogonskog stroja i motora, tj. vrijeme pokretanja iznosi: mD2-ukupni moment zamašne mase (kgm2) n-nazivni broj okretaja u min Mu-srednja vrijednost momenata zaleta (ubrzanja) (Nm)

22 Pouzdanost i brzina pokretaja stroja ovise o momentu motora, a momenta motora o kvadratu napona.
Problem opadanja momenta pokretanja motora s udaljenošću od izvora napajanja, zbog pada napona, posebno je izražen kod niskonaponskih motora. Na slici su prikazani odnosi opadanja momenta motora s udaljenošću od trafostanice za napone od 500V i 1000V i motor prosječnih karakteristika snage od 160kW. Prema krivuljama na slici očito je da za takve snage kod mreže od 500V pokretanje motora može doći u pitanje upravo zbog pada napona. Pri tome jedno od rješenja je veći napon, pa se tad mogu uzeti i motori standardnih električnih karakteristika, bez ograničenja struje pokretanja izvedbom rotora.

23 Kod pogona velikih snaga ako izravno uklapanje na mrežu uzrokuje preveliki pad napona koji osim kolebanja napona u mreži ima za posljedicu znatno smanjenje početnog momenta, a možda i nedovoljnog za pokretanje, moramo pribjeći posebnom režimu upuštanja motora, kao npr. a) Preklapanje zvijezda-trokut; b) Preko prigušnice; c) Sa smanjenim naponom preko autotransformatora; d) Preko blok-transformatora; e) Preko tiristorskih pokretača, regulacijom napona. Razmatrajući uoćavamo da su od navedenih pet samo dva osnovna načina jer je preklapanje zvijezda-trokut isto što i pokretanje smanjenim naponom preko autotransformatora, ili regulacijom napona tiristorima, a s tim da je odnos smanjenja napona: Jednako tako je režim pokretanja s prigušnicom jednak pokretanju preko blok-transformatora jer se tu transformator ponaša kao prigušnica. Prema tome , u osnovi su samo dva režima pokretanja.

24 1. Pokretanje s prigušnicom
Bilo pred motorom ili u zvjezdištu motora, kod pokretanja prikljući se prigušnica induktivnog otpora Xp, koja se nakon zaleta premosti jednim sklopnim aparatom. Pri tome je struja pokretanja smanjena zbog povećane ukupne reaktancije. Ako zanemarimo radne otpore, koji kod ovakvih pogona nemaju znatniji utjecaj, struja pokretanja iznosi: U – nazivni napon (V) XM – reaktancija motora (Ω) XN – reaktancija mreže (Ω) Xp – reaktancija prigušnice (Ω) Napon se podjeli na napon motora i na pad napona u mreži i na prigušnici. Radi pada napona i smanjenog napona na motoru tako će biti: I – nazivna struja motora IP – nazivna struja pokretanja IP1 – stvarna struja pokretanja motora

25 Moment motora s pokretanjem preko prigušnice smanjuje se prema odnosu:
Mn – nazivni moment motora MP – nazivni pokretni moment motora MP1 – stvarni pokretni moment motora Iste bi se vrijednosti dobile pri pokretanju pomoću blok-transformatora, s tim da umjesto reaktancije prigušnice XP stavimo reaktanciju transformatora XT

26 2. Pokretanje sa smanjenim naponom
Napon pri upuštanju možemo smanjiti bilo prespajanjem zvijezda-trokut, ili preko autotransformatora, ili pomoću tiristora, s tim da je u preklapanju zvijezda-trokut napon smanjen, a kod autotransformatora i regulacijom tiristorima možemo birati najpovoljniji napon pokretanja. Tako udovoljavamo potrebnom pokretnom momentu, što manje pri tome opterećujući mrežu. Ako razmotrimo pokretanje preko autotransformatora, onda će odnos napona upuštanja prema naponu mreže biti: Budući da u preklapanju od smanjenoga na puni napon jedan dio namota transformatora djeluje kao prigušnica, autotransformator treba dimenzionirati tako da mu struja praznog hoda bude: Motor će kad je smanjen povući struju:

27 Međutim, iz mreže će poteći struja IP2 prema odnosu transformacije m, pa ćemo imati struju pokretanja: Toj bi struji trebalo vektorski dodati struju praznog hoda transformatora, tako da, uz zanemarenje radne komponente, izlazi: IM – struja pokretanja motora I – nazivna struja motora IP – nazivna struja pokretanja IP2 – stvarna struja pokretanja iz mreže m – odnos smanjenoga napona prema nazivnome U momentu pokretanja kroz sklopnu napravu iza transformatora prema zvjezdištu teče razlika struje motora IM i struje pokretanja iz mreže IP2, koja će najviše iznositi:

28 A pri pokretanju zvijezda-trokut odnos će momenata iznositi:
Uz takve odnose struja pokretanja odnosi će momenata pokretanja preko autotransformatora biti: A pri pokretanju zvijezda-trokut odnos će momenata iznositi: MP2 – stvarni pokretni moment kad je napon snižen MP - nazivni pokretni moment motora Mn – nazivni moment motora Koliki je pri tome maksimalno dopušteni pad napona, ovisi uglavnom o pogonskom stroju, jer na ovaj način možemo udar na mrežu blagim pokretanjem potpuno eliminirati. Prema tome valja točno poznavati pokretni moment stroja, odnosno minimalno dopušteni odnos:

29 Odatle maksimalno dopušteni pad napona dobivamo rješenjem jednadžbe:
Pošto je poznat nazivni moment MN i odnos nazivnog početnog momenta prema nazivnom momentu motora: može se ustanoviti minimalno dopušteni moment pokretanja stroja, odnosno MMmin=MP2: Odatle maksimalno dopušteni pad napona dobivamo rješenjem jednadžbe: MP2 – moment pokretanja motora pri sniženom naponu za pad napona MP – nazivni pokretni moment motora uz nazivni napon

30 Pokretni momenti motora normalno se iskazuju u obliku odnosa prema nazivnom momentu motora, i to:MP/MN, i sastavni je dio nazivnih podataka motora kao i odnos struje pokretanja prema nazivnoj struji uz nazivni napon mreže. Međutim nazivne vrijednosti, suglasno standardima u zemlji proizvođača, imaju dopuštena odstupanja, i to naniže: za asinhrone motore – 10% za sinhrone motore – 20% Da bi se osiguralo od tih eventualnih odstupanja, dopušteni se pad napona ograničuje na: Za asinhrone motore: Za sinhrone motore:

31 Upotreba kolutnih motora se u rudničkim pogonima izbjegava, osobito u suvremenim automatiziranim pogonima. Kolutni asinhroni motori s regulacijom otpora u krugu rotora bili su najpogodniji za manje izvozne strojeve, slijepa okna i izvozne niskope. Upotreba kolutnih motora u rudničkim pogonima ipak se ograničila na snage do 1000kW, i to ako je pokretač podešen na postizavanje maksimalno mogućeg momenta zakretanja, što se ostvaruje kad je: R2 – radni otpor namota rotora ROT – dodatni otpor rotorskom krugu S – klizanje motora X20 – reaktancija rotora uz s=1 (zakočen motor)

32 Dopušteni pad napona Općenito se tehničkim propisima ne ograničuje strogo pad napona ni u jednoj grani primjenjene elektrotehnike, već se to prepušta tzv. tehničkoj i projektanskoj praksi. U nekim tehničkim propisima o ograničenju za pad napona stoji ovo: Određeni presjek kabela prema strujnom opterećenju mora odgovarati i zahtjevima pada napona, koji ni kod jednog trošila ne smije iznositi više od 15% u najnepovoljnijem slučaju. Kao najnepovoljniji slučaj treba smatrati puštanje najnepovoljnijeg pogona u rad uz normalno opterećenje ostalih trošila. Ako je pad napona zbog radnog otpora 15%, a zbog induktivnog otpora on nije veći od 1,5%, onda možemo reći da smo zadovoljili taj zahtjev, i to je upravo maksimalno dopušten pad napona. UP – napon na trošilu U – nazivni napon Napon praznog hoda: Dopušteni pad napona:

33 Pad napona i promjene napona u mreži
S obzirom na pogone najvažnije je osigurati nadzemni napon na mjestu potrošnje, odnosno za sve pogonske struje što manje odstupanje od stvarnog nazivnog napona. Kod perioda bez opterećenja (neradni dani) napon će znatno porasti. Za rješenje ovog problema postoje ove mogućnosti: a) u trafostanici 35/6 preklopimo transformatore na maksimalni stupanj + 5 %, na trošilima će biti napon +10% b) dobivanje sniženog napona (-15 %) od elektrodistributivne mreže c) upotreba vlastitih regulaciskih transformatora

34 Motorska zaštita od nekontroliranog dolaska napona
i od preniskog napona -postiže se kod: a)motorskih zaštitnih prekidača ugradnjom podnaponskog okidača b)motorskih zaštitnih sklopnika spajanjem elektromagneta sklopnika Minimalni pokretni moment mora biti 70% nazivnog