přednáška č. 5 Elektrárny B1M15ENY Generátory: Konstrukce, typy Základní vztahy Regulace, buzení Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

Podobné dokumenty
Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 6. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 5. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Synchronní stroje. Φ f. n 1. I f. tlumicí (rozběhové) vinutí

Elektrická část elektráren

Synchronní stroj je točivý elektrický stroj na střídavý proud. Otáčky stroje jsou synchronní vůči točivému magnetickému poli.

Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 4. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Příloha P1 Určení parametrů synchronního generátoru, měření provozních a poruchových stavů synchronního generátoru

Elektrické výkonové členy Synchronní stroje

přednáška č. 4 Elektrárny A1M15ENY Ing. Jan Špetlík, Ph.D. Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky

STABILITA SYNCHRONNÍHO HO STROJE PRACUJÍCÍHO

Doc. Ing. Stanislav Kocman, Ph.D , Ostrava

13. Budící systémy alternátorů

přednáška č. 4 Elektrárny B1M15ENY Druhy zkratových proudů Tepelné účinky Dotykové napětí na uzemnění Silové účinky Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

Osnova kurzu. Elektrické stroje 2. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

Určeno pro studenty kombinované formy FS, předmětu Elektrotechnika II. Vítězslav Stýskala, Jan Dudek únor Elektrické stroje

Porokluz pólů a statická stabilita synchronního generátoru

ELEKTRICKÉ STROJE ÚVOD

Vítězslav Stýskala TÉMA 1. Oddíly 1-3. Sylabus tématu

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, synchronní stroje. Pracovní list - příklad vytvořil: Ing.

Synchronní stroje 1FC4

Ele 1 Synchronní stroje, rozdělení, význam, princip činnosti

SYNCHRONNÍ STROJE (Synchronous Machines) B1M15PPE

Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 2. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Základy elektrotechniky

Elektrické stroje. Jejich použití v automobilech. Použité podklady: Doc. Ing. Pavel Rydlo, Ph.D., TU Liberec

Ochrany bloku. Funkce integrovaného systému ochran

princip činnosti synchronních motorů (generátoru), paralelní provoz synchronních generátorů, kompenzace sítě synchronním generátorem,

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2)

Příloha 3 Určení parametrů synchronního generátoru [7]

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Energetická bilance elektrických strojů

Digital Control of Electric Drives. Vektorové řízení asynchronních motorů. České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

Synchronní stroj-řízení napětí, budící soustava, zdroje buzení, řízení otáček synchronního motoru

1. Regulace otáček asynchronního motoru - skalární řízení

Synchronní generátor. SEM Drásov Siemens Electric Machines s.r.o. Drásov 126 CZ Drásov

Stejnosměrné generátory dynama. 1. Princip činnosti

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

Základy elektrotechniky

ELEKTRICKÉ STROJE Ing. Eva Navrátilová

přednáška č. 2 Elektrárny A1M15ENY Ing. Jan Špetlík, Ph.D. Schéma vlastní spotřeby Příklady provedení schémat VS Výpočet velikosti zdrojů pro VS

přednáška č. 2 Elektrárny B1M15ENY Schéma vlastní spotřeby Příklady provedení schémat VS Výpočet velikosti zdrojů pro VS Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

20ZEKT: přednáška č. 10. Elektrické zdroje a stroje: výpočetní příklady

Synchronní stroje Ing. Vítězslav Stýskala, Ph.D., únor 2006

Transformátory. Mění napětí, frekvence zůstává

Synchronní stroje. Synchronní stroje. Synchronní stroje. Synchronní stroje Siemenns 1FC4

Stejnosměrné stroje Konstrukce

Pohonné systémy OS. 1.Technické principy 2.Hlavní pohonný systém

3. VYBAVENÍ LABORATOŘÍ A POKYNY PRO MĚŘENÍ

sběrací kroužky, 8) hřídel. se střídavý elektrický proud odebírá a vede

Třífázové synchronní generátory

1 ELEKTRICKÉ STROJE - ZÁKLADNÍ POJMY. 1.1 Vytvoření točivého magnetického pole

Stejnosměrný generátor DYNAMO

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Asynchronní stroje. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO. Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Katedra elektrotechniky.

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

Zaměření Pohony a výkonová elektronika. verze

Elektrický výkon v obvodu se střídavým proudem. Účinnost, účinník, činný a jalový proud

Standardní zapojení. Provozní vlastnosti

DYNAMICKÉ MODELY BUDÍCÍCH SYSTÉMŮ URČENÍ PARAMETRŮ

Stejnosměrné motory řady M

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, rozdělení stejnosměrných strojů a jejich vlastnosti

Měření a automatizace

TWG II. CAG Electric Machinery. Trojfázové synchronní generátory v bezkartáčovém provedení. Úvod: Hlavní ukazatele: Požadavky na prostředí:

21ZEL2 Transformátory

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 8. TRANSFORMÁTORY

Skalární řízení asynchronních motorů

SYNCHRONNÍ STROJE. Konstrukce stroje, princip činnosti

1. Pracovníci poučení dle 4 Vyhlášky 50/1978 (1bod):

Mechatronické systémy struktury s asynchronními motory

A0B14 AEE Automobilová elektrotechnika a elektronika

Standardní zapojení. Mechanické provedení

Řízení asynchronních motorů

Všechny otázky Elektrotechnika II

AS jako asynchronní generátor má Výkonový ýštítek stroje ojedinělé použití, jako typický je použití ve větrných elektrárnách, apod.

Stupeň Datum ZKRATOVÉ POMĚRY Číslo přílohy 10

1 OBSAH 2 STEJNOSMĚRNÝ MOTOR. 2.1 Princip

Regulace frekvence a napětí

1. Regulace proudu kotvy DC motoru

Elektrické stroje pro hybridní pohony. Indukční stroje asynchronní motory. Doc.Ing.Pavel Mindl,CSc. ČVUT FEL Praha

SYNCHRONNÍ MOTOR. Konstrukce

EM Brno s.r.o. DYNAMOSPOUŠTĚČ SDS 08s/F LUN LUN

Elektroenergetika Téma Vypracoval

Jmenovité napětí ovládacího obvodu U c. Jmenovitý pracovní proud 1) Maximální spínaný výkon. 3-fázového motoru 1) proud 1)

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Elektroenergie

10. Měření trojfázových synchronních generátorů

Ochrany v distribučním systému

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 8. ELEKTRICKÉ STROJE ÚVOD

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

Základy elektrotechniky

Úvod. Rozdělení podle toku energie: Rozdělení podle počtu fází: Rozdělení podle konstrukce rotoru: Rozdělení podle pohybu motoru:

4 Chránění generátorů elektráren malých výkonů

Princip alternátoru. Usměrňování, chod, chlazení automobilového alternátoru.

Význam zvýšení účinnosti elektrických strojů

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Elektro-motor. Asynchronní Synchronní Ostatní DC motory. Vinutý rotor. PM rotor. Synchron C

Studijní opory předmětu Elektrotechnika

STŘÍDAVÉ SERVOMOTORY ŘADY 5NK

PRAVIDLA PROVOZOVÁNÍ LOKÁLNÍ DISTRIBUČNÍ SOUSTAVY DOTAZNÍKY PRO REGISTROVANÉ ÚDAJE

Transkript:

Elektrárny B1M15ENY přednáška č. 5 Generátory: Konstrukce, typy Základní vztahy Regulace, buzení Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky E-mail: spetlij@fel.cvut.cz

Nárazový proud bude: i F = κ. 2. I = 1, 7. 2.25 = 59,9 ka p3 k3 Vrcholová síla mezi hlavními vodiči v obou případech bude: 3 l 4..10 3 1 = µ... = π..59,9.10. = 1,242 kn 2. 2 2. 2 0,5 7 0 2 2 6 m3 ip3 π dm π Koeficienty: β = 0,73 Vσ. V r = 1 Účinky na vodiče: 1) Pasy naležato qσ. 0,2 = 1,5.120 = 180 MPa 2 2 ab. 0, 010.0, 063 Z = = = 6, 615.10 m 6 6 3 Fm 3. l 1, 242.10.1 σm = Vσ. Vr. β. = 1.0, 73. = 17,1 MPa 6 8. Z 8.6, 615.10 Vodiče vyhovují protože σ σ 17,1 < 180 tot < q. 0,2 6 3

2) Pasy nastojato Z 2 0, 063.0, 010 = = 1, 05.10 m 6 6 3 3 Fm 3. l 1, 242.10.1 σm = Vσ. Vr. β. = 1.0, 73. = 107,9 MPa 6 8. Z 8.1, 05.10 Vodiče opět vyhovují protože σ < σ 107.9 < 180 Účinky na podpěrky: 1) Pasy naležato tot q. 0,8. σ 0,2 0,8.120 = > 2,7 VF. Vr = 2,7 σ 17,1 tot F = V. V. α. F = 2, 7.1,1.1, 242 = 3, 69 kn D F r m3 T = 0,035 m 0,2 α krit = 1,1

3, 69 0,13+ 0, 035. = 5,85 kn < P 0,8 0,13 Vyhovuje pro podpěrku 10 kn 2) Pasy nastojato 0,8. σ 0,2 0,8.120 = = 0,889 < 1 VF. Vr = 1 σ 107,9 tot F = V. V. α. F = 1.1,1.1, 242 = 1,37 kn D F r m3 T = 0,062 m 1,37 0,13 + 0, 062. = 2,53 kn < P 0,8 0,13 Vyhovuje pro podpěrku 5 kn α krit = 1,1

Alternátory Pro elektrárenské aplikace se využívají: - Synchronní stroje s hladkým rotorem (dvou nebo čtyřpólové) pro parní turbíny s výkony až 1000 MW - Synchronní stroje s vyniklými póly (mnohapólové) pro vodní elny s výkony až stovky MW - Asynchronní stroje s kotvou nakrátko - Asynchronní stroje s dvojitě napájeným vinutím (DFIG) s výkony až 10 MW pro VTE Turbostroje Hydrostroje DFIG

Alternátory Konstrukce: Ventilační kanály Rotor Vzduchová mezera Vinutí statoru Magnetické póly Stator Směr otáčení rotoru

Alternátory vyvedení výkonu Pro vyvedení větších výkonů z generátoru se užívá několik pasů na fázi jako na tomto příkladě pas 3 x Al 63x10 Užívají se lanové přetahy

Alternátory vyvedení výkonu Vysokoproudý systém pryskyřicí izolovaných vodičů DURESCA Pro ještě náročnější aplikace je třeba volit systém zapouzdřených vodičů

Alternátory IM kód: Montáž a pracovní poloha dle ČSN 60034-7 (platí i pro motory)

Alternátory IC kód: Provedení chlazení V zásadě mohou být generátory/motory s ohledem na způsob chlazení provedeny: - S přirozeným chlazením (chlazení pouze konvekcí) - S vlastním chlazením (na hřídeli je ventilátor závislý na otáčkách) - S přirozeným vlastním chlazením (dva okruhy konvekce + ventilátor) - S cizím chlazením (ventilace nezávislá na otáčkách motoru)

IC kód: Provedení chlazení Alternátory

IC kód: Alternátory

Alternátory Třídy izolace: Izolace je dle ČSN 33 0050 klasifikována do tříd A, E, B, F, H podle dovoleného oteplení

Volba parametrů alternátoru Jmenovitý výkon: Odvíjí se od výkonu turbosoustrojí tj. 63 MVA / 125 MVA / 235 MVA / 588 MVA / 1176 MVA Jmenovité napětí: Volí se s ohledem na In, parametry izolace a chránitelnost bloku+části soustavy, do které je zapojen Orientační tabulka s typickými hladinami Un: Pn do 50 MW Un 6,3 kv 50-100 MW 10,5 kv 100-200MW 13,8 kv 200-500 MW 15,75 kv 1000 MW Temelín 24 kv Pozn. V současné době již napěťové hladiny nejsou v ČR pevně dány, ale závisí i na std. a značné přizpůsobivosti výrobců

Rovnice synchronního stroje ustálený stav V ustáleném stavu platí: 0 = R. I 0 0 U = RI. X. I d d q q U = RI. + X. I + X. I q q d d ad f U = R. I + X. I f f f ad f 0 = R. I D 0 = R. I Q D Q ψ d ψ q Fázové napětí a proudy: Uˆ = U + ju. q Iˆ = I + ji. q d d

Elektrický moment: Vztahy pro výkony p M.(.. ) e = ψd Iq ψq Id = 2 p =. X. I. I + X. I. I + X. I. I 2. Ω q d q d d q ad f q 2 1. ( ) U U = Xd Xq..sin β.cos β + E..sin β ω Xd. Xq Xd Trojfázový výkon v ustáleném stavu: Sˆ = P+ jq. = 3. Uˆ. Iˆ* = 3. U. I.cos ϕ+ j.3. U. I.sinϕ f f f 2 UE. U Xd Xq P= 3. U f. I.cos ϕ =.sin β +..sin 2β X 2 X. X d d q UE. U X X U X + X Q= 3. U f. I.sin ϕ =.cos β +..cos 2 β. X 2 X. X 2 X. X 2 2 d q d q d d q d q

Regulace stroje Činný výkon: regulace P-f.( ) f = f + s P P sys P W AVR: regulace Q-U.( ) U = U + s Q Q ref Q W

Budící systémy Skládají se z: - Systém zdroje budícího proudu - Systém regulace buzení - Systém odbuzování Požadavky: - Vysoká provozní spolehlivost - Plynulá a rozsáhlá regulace budících proudů a napětí (až 2.Ufn) - Dostatečná rychlost změny budícího napětí - Dostatečná rychlost odbuzení Detail ss napájení přes kroužky

Zdroje budícího proudu Dle provedení: - S rotačním budičem (dynamo) - Statický systém vyvedený na kroužky - Statický systém v rotoru - Systém s permanentními magnety (pouze malé aplikace) Dle napájení: - Odbočkou ze svorek generátoru přes trf. buzení - Nezávislý zdroj (např. pomocný budič ss dynama) Rotační budič (s pom. budičem) Bezkartáčový tyristorový systém integrovaný v rotoru

Budič s derivačním vinutím: Zdroje budícího proudu dψ Lb dub ub = Rb. ib = Rb. ib dt R dt T b L R b b = Ub =. Rb 1 + st. b b I b Model respektující sycení: Budič s přídavným pomocným vinutím: st.. U = R k. U E b B E b U B = Přenos. fce ve tvaru: 1 k + s + st. E E E. R B

Zdroje budícího proudu Statický budič s řízeným usměrňovačem napájený z odbočky: Zdroj závislý na svorkovém napětí u generátoru. To může činit potíže při době regulace při změnách us (např. při vzdáleném zkratu) Statický budič s řízeným usměrňovačem napájený z 3f gen: Nezávislý tyristorový budič

Obecné schéma regulace buzení: Regulace buzení Zdroj: www.ceps.cz Žádané napětí (Uz) tvoří požadavky: SR a statiky regulátoru Regulační odchylka dále prochází přes moduly necitlivost (Unec), omezení (Umax,Umin), omezovače Ig a If, hlídač meze podbuzení (HMP), systémový stabilizátor (STAB) Takto omezená regulační odchylka nakonec prochází regulátorem typu PI a tvoří vstup do budiče

Odbuzovače Provedení: - s paralelním (zhášecím) odporem - se zhášecí komorou - invertorovým chodem budícího systému

Odbuzení zhášecím odporem Schéma: Zjednodušeně jde o (neuvažujeme-li tlum. vin.): Dojde k sepnutí odporu R a zároveň rozpojení kontaktů k a připojení odporu Rh do budícího obvodu derivačního dynama Volbou odporu R musí dojít k rychlému odbuzení, ale zároveň zamezení přepětí na kroužcích bud. vinutí Platí: divf u = L. + R. i = R. i dt f f f vf x vf

Řešení: vf Odbuzení zhášecím odporem t. Tx = f 0 f = x f 0 i i e Tx u R. i. e t Je-li proud na počátku maximálně i a požadujeme u < 7. u fn f fn 7. u = 7. R. i = R. i R = 7. R fn f fn x fn x f

Schéma: Odbuzení zhášecí komorou Zjednodušeně jde o (neuvažujeme-li tlum. vin.): Užívá se pro alternátory vyšších výkonů. Po rozpojení hlavních kontaktů č. 1 je proud přemostěn přes hl. kontakty 2 s indukčnostmi, které po jejich rozpojení nasměrují proud do zhášecí komory Kombinací odporů r1-r7 a celkové koncepce ZK je napětí uk během zhášení oblouku prakticky konstantní Platí: 1 if = ub uk + uk e R f Lf Tf 0 = R f t T f 0.

Časové průběhy: Odbuzení zhášecí komorou

Odbuzení invertorovým chodem Časové průběhy: Lze použít u budících systémů s řízenými tyristory. Zajišťuje se při plánovaném odbuzování. Za havarijních podmínek se používají klasické systémy kvůli možnému značnému napěťovému namáhání tyristorů

Fázování alternátoru Průběh připojení generátoru k síti: Soustrojí turbína-generátor se uvede na jmenovité otáčky, nabudí na jmenovité napětí, přifázuje a poté se uvede na požadované hodnoty P a Q. Přifázování musí být provedeno s minimálními proudovými a momentovými rázy, které jsou dány zejména: - různým sledem fází generátoru/sítě - různou velikostí napětí generátoru/sítě - různým fázovým rozdílem napětí generátoru/sítě - různou frekvencí generátoru/sítě Tyto podmínky nelze splnit naprosto přesně, tolerované odchylky jsou následující: Sled fází: Nutno dodržet, kontrola sledu fází je dnes součástí každé multiunkční digitální ochrany bloku

Velikost napětí: Fázování alternátoru Před fázováním je na alternátoru rozdílové napětí Všechna napětí jsou ve fázi u Dojde k proudovému rázu: e us u i k = = x + x x + x t d t d Dovolená odchylka při které i = i : umax = i k. x d = in. x d 1.0,15 = 15 % k n Je-li us < e dodává během přechodného děje alternátor jalový výkon do sítě a pracuje v přebuzeném (induktivním) režimu, je-li u > e pracuje naopak v podbuzeném (kapacitním) režimu Aby nedošlo k druhému případu, alternátor se mírně přebudí s

Fázový rozdíl napětí: Fázování alternátoru ψ e u 2 u.sin i s 2 k = = x + x x + x t d t d Analogicky: ψ 2 u.sin i 2 k = in = x d max ψ max in. x d 1.0,15 = 2.arcsin = 2.arcsin = 8, 6 2u 2.1 => Na odchylku fáze je alternátor mnohem citlivější, v protifázi překračuje hodnoty 3f zkratu cca 2x

Frekvence: Rovnost brzdné a urychlující energie: π J. Ω ω = T ω = pmax.sin ϑ. dϑ 2 1 n 2 1 2 m 2 M n 2 a tedy π ϑ 0 1 J 2 π Pe ϑ0 π p ω = 2 p.sin ϑ. dϑ = 2 p. 1+ cosϑ 0 Fázování alternátoru ϑ 0 tmax 2 Ω = Pe ( t). dt = t ( ϑ) max ( ) max max max 0 Tm T ϑ m 0 dt. dϑ dϑ M n. Ω.sin ϑ. Ω n n dϑ

PQ diagram: Pracovní oblast alternátoru