Расчет возможности пуска электродвигателя 380 В

В данной статье будет рассматриваться изменение напряжения (потеря напряжения) при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (далее двигатель) и его влияние на изменения напряжения на зажимах других электроприемников.

При включении двигателя пусковой ток может превышать номинальный в 5-7 раз, из-за чего включение крупных двигателей существенно влияет на работу присоединенных к сети приемников.

Это объясняется тем, что пусковой ток вызывает значительное увеличение потерь напряжения в сети, вследствие чего напряжение на зажимах приемников дополнительно снижается. Это отчетливо видно по лампам накаливания, когда резко снижается световой поток (мигание света). Работающие двигатели в это время замедляют ход и при некоторых условиях могут вообще остановиться.

Кроме того, может случиться, что сам пускаемый двигатель из-за сильной просадки напряжения не сможет развернуть присоединенный к нему механизм.

Режим пуска двигателя рассматривается при максимальной нагрузке линии, так как именно при таких условиях создаются наиболее неблагоприятные условия для работы присоединенных к сети приемников.

Чтобы проверить можно ли включать двигатель, нужно рассчитать напряжение на его зажимах во время пуска и напряжение на любом другом работающем двигателе, а также проверить напряжение у ламп.

Пример возможности пуска электродвигателя 380 В

Требуется проверить возможность пуска электродвигателя типа 4А250М2 У3 мощностью 90 кВт. От шин 6 кВ подстанции 2РП-1 питается подстанция с трансформаторами типа ТМ мощностью 320 кВА. От подстанции 2РП-1 до трансформаторов ТМ-6/0,4 кВ с установленным ответвлением 0%, проложен кабель марки ААБ сечением 3х70 мм2, длина линии составляет 850 м. К шинам РУ-0,4 кВ присоединен кабелем марки ААБ сечением 3х95 мм2, длиной 80 м двигатель типа 4А250М2 У3.

Рис. 1 — Однолинейная схема 0,4 кВ

В момент пуска двигателя 4А250М2 У3 работает подключенный к шинам двигатель 4А250S2 У3 мощностью 75 кВт с напряжением на зажимах 365 В. Напряжение на шинах 0,4 кВ при пуске двигателя равно Uш = 380 В.

где:

• Ммакс/Мн – кратность максимального момента;
• Мп/Мн – кратность пускового момента;
• Мн – номинальный момент двигателя;

Расчет:

1. Определяем длительно допустимый ток двигателя Д1:

2. Определяем пусковой ток двигателя Д1:

где:
Kпуск = 7,5 – кратность пускового тока, согласно паспорта на двигатель;

3. Определяем величину активного и индуктивного сопротивления для алюминиевого кабеля марки ААБ сечением 3х70 мм2 на напряжение 6 кВ от шин подстанции 2РП-1 до трансформатора типа ТМ 320 кВА, значения сопротивлений берем из таблицы 2.5 [Л2.с 48].

Получаем значения сопротивлений Rв = 0,447 Ом/км и Хв = 0,08 Ом/км.

Эти сопротивления необходимо привести к стороне низшего напряжения трансформатора, так как двигатель подключен к сети низшего напряжения. Из таблицы 8 [Л1, с 93] для номинального коэффициента трансформации 6/0,4 кВ и ответвления 0% находим значение n=15.

4. Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля по отношению к сети низшего напряжения по формуле [Л1, с 13]:

где:

• Rв и Хв – сопротивления сети со стороны высшего напряжения;
• n = 6/0,4 =15 – коэффициент трансформации понижающего трансформатора.

5. Определяем сопротивление кабеля длиной 850 м от подстанции 2РП-1 до трансформатора 6/0,4 кВ:

Rс = Rн*L = 0,002*0,85 = 0,0017 Ом;

Хс = Хн*L = 0,000355*0,85 = 0,0003 Ом;

6. Определяем сопротивление трансформатора мощностью 320 кВА, 6/0,4 кВ по таблице 7 [Л1, с 92,93].

Rт = 9,7*10^-3 = 0,0097 Ом;

Хт = 25,8*10^-3 = 0,0258 Ом;

7. Определяем сопротивления линии от шин подстанции 2РП-1 до шин низшего напряжения подстанции:

Rш = Rс + Rт = 0,0017 + 0,0097 = 0,0114 Ом;

Хш = Хс + Хт = 0,0003 + 0,0258 = 0,0261 Ом;

8. Определяем сопротивление кабеля длиной 80 м марки ААБ 3х95 мм2 от шин низшего напряжения до зажимов двигателя:

R₁ = R₀*L = 0,329*0,08 = 0,026 Ом;

Х₁ = Х₀*L = 0,06*0,08 = 0,0048 Ом;

где:
R₀ = 0,329 Ом/км и Х₀ = 0,06 Ом/км -значения активных и реактивных сопротивлений кабеля определяем по таблице 2-5 [Л2.с 48].

9. Определяем суммарное сопротивление линии от подстанции 2РП-1 до зажимов двигателя:

Rд = Rш + R1 = 0,0114 + 0,026 = 0,0374 Ом;

Хд = Хш + Х1 = 0,0261 + 0,0048 = 0,0309 Ом;

Если выполняется отношение Rд/ Хд = 0,0374/0,0309 = 1,21 < 2,5. Таким образом, относительная величина ошибки при определении потери напряжения в сети от пускового тока двигателя не превышает 5%.

10. Определяем коэффициент Ад по формуле [Л1, с 14]:

где:
cosφ = 0,3 и sinφ = 0,95 средние значения коэффициентов мощности при пуске двигателя, принимаются при отсутствии технических данных, согласно [Л1. с. 16].

11. Определяем напряжение на зажимах двигателя Д1 по формуле [Л1, с 14]:

где:

• U*ш = Uш/Uн = 380/380 =1 – относительное напряжение на шинах распределительного пункта, во многих случаях его можно принять равным 1;
• Iп – пусковой ток двигателя;

12. Проверяем сможет ли двигатель Д1 развернуть присоединяемый механизм нанос центробежный 1Д315-71а:

где:

• m_п=Мпуск/Мном = 1,2 – кратность пускового момента электродвигателя при номинальном напряжении на его клеммах (выбирается по каталогу на двигатель);
• m_п.мех — требуемая кратность пускового момента приводимого механизма, выбирается по таблице 4 [Л1, с 88], для центробежного насоса равно 0,3;

12.1 Коэффициент загрузки определяем как отношение номинальной мощности, необходимой для нормальной работы механизма в данном случае нанос центробежный 1Д315-71а Рн.мех. = 80 кВт, к номинальной мощности двигателя 90 кВт:

Как мы видим условие выполняется и двигатель при пуске сможет развернуть присоединенный к нему центробежный насос в нормальных условиях без перегрева своих обмоток выше температуры, допустимой по нормам.

13. Определяем влияние пуска двигателя Д1 на работу присоединенного к шинам 0,4 кВ двигателя Д2 типа 4А250S2 У3, найдем величину колебания напряжения на шинах 0,4 кВ по формуле:

13.1 Определяем коэффициент Аш по формуле:

14. В момент пуска двигателя Д1 на зажимах работающего двигателя Д2 относительное напряжение согласно [Л1, с15] уменьшиться на величину колебания напряжения δU*Ш , откуда получаем:

где:
U_*Д2 = U_Д2/Uн = 365/380 = 0,96 – относительное напряжение на зажимах двигателя Д2 до пуска двигателя Д1.

15. Проверяем устойчивость работы двигателя Д2 при пуске двигателя Д1:

где:

• m_п= Ммакс/Мн = 2,2 – кратность максимального момента (выбирается по каталогу на двигатель);
• m_п.мех — требуемая кратность пускового момента приводимого механизма, выбирается по таблице 4 [Л1, с 88], для центробежного насоса равно 0,3;

15.1 Коэффициент загрузки определяем как отношение номинальной мощности, необходимой для нормальной работы механизма в данном случае нанос центробежный 1Д200-90а Рн.мех. = 72 кВт, к номинальной мощности двигателя 75 кВт:

Как мы видим, устойчивость работы двигателя Д2 типа 1Д200-90а обеспечивается с большим запасом.

Литература:

1. Как проверить возможность подключения к электрической сети двигателей с короткозамкнутым ротором. Карпов Ф.Ф. 1964 г.
2. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г.