Zestawienie wybranych układów napędowych zrealizowanych przez firmę TAKOM

A2

J

ednym z większych układów napędowych zrealizowanych pod koniec lat osiemdziesiątych był napęd wielosilnikowy maszyny papierniczej zrealizowany na bazie przekszałtników tyrystorowych prąd stałego.. Na rysunku A2.1 przedstawiono schemat maszyny papierniczej wraz z rozkładem wymaganych naciągów papieru i tym samym różnic prędkości poszczególnych sekcji napędowych. Wymagana stabilizacja prędkości poszczególnych sekcji napędowych w tym układzie winna być większa niż 0,1% prędkości podstawowej. W napędzie przedstawionym na rysunku 1 pracowało 10 sekcji napędowych w tym trzy układy elektronawijaków osiowych.

Schemat napędu wielosilnikowego maszyny papierniczej

A2.1

!

Unikalnym wówczas rozwiązaniem był napęd elektronawijaków. Po raz pierwszy do napędu nawijaka zastosowano regulowany napęd elektryczny . W układzie elektronawijaka osiowego jest proces nawijania w taki sposób aby uniknąć zerwania lub odkształcenia nawijanego materiału. Osiągnięcie tych wymagań realizowane jest poprzez utrzymanie zadanej wartości siły naciągu materiału w każdej chwili procesu, niezależnie od wielkości zakłócającej.

Podstawowym warunkiem dobrego nawinięcia roli papieru schodzącej z maszyny produkcyjnej jest utrzymanie stałego naciągu wstęgi w całym procesie nawijania. Spełnienie tego warunku wymaga utrzymanie stałej prędkości obwodowej roli, przy rosnącej średnicy roli nawijanej, co z kolei wymaga aby prędkość kątowa elementu napędowego roli nawijanej malała (odwrotnie proporcjonalnie do względnego przyrostu średnicy roli nawijanej), natomiast moment rozwijany przez układ napędowy winien wzrastać proporcjonalnie do względnego przyrostu średnicy roli nawijanej.

W tradycyjnych rozwiązaniach napędów nawijaków osiowych stosowane były sprzęgła cierne. W sprzęgłach tych zmiana wartości przenoszonego momentu związana była z zmianą poślizgu, co powodowało powstawanie strat, wydzielanych w postaci ciepła.

!

A2.2

Schemat funkcjonalny układu napędowego elektronawijaka z regulacją w funkcji stałej mocy

Układ regulacyjny zapewnia sterowanie prędkością obrotową silnika w funkcji stałej mocy, aby tym samym zapewnić utrzymanie stałej wartości siły naciągu wstęgi nawijanej.

W regulatorze wykorzystuje się jako sygnały wartość prądu silnika, który to jest proporcjonalny do momentu oraz sygnał prędkości obrotowej silnika, który to jest odwrotnie proporcjonalny do średnicy roli nawijanej. Iloczyn tych sygnałów jest wartością stałą i można go określić pojęciem mocy zadanej.

W układzie przedstawionym na rys. A2.2 wykorzystuje się pomiar wielkości mocy pobieranej przez silnik który to w procesie nawijania winien być wartością stałą.

Na rysunkach A2.3 oraz A2.4 przedstawiono dwa najczęściej realizowane układy stosowane w napędach pompowych budowanych w oparciu przemienniki częstotliwości firmy VACON. . Na rysunku A2.3 przedstawiono układ umożliwiający wprowadzenie systemu „autochange” (samoczynnej zamiany kolejności pracy pomp) pomp dodatkowych natomiast rysunek A2.4 umożliwia wprowadzenie systemu „autochange” wszystkich pomp w zestawie.

Podstawowy układ napędowy stosowany w napędach pompowych

A2.3

!

!

A2.4

Podstawowy układ napędowy stosowany w napędach pompowych z pełnym „autochange

!

A2.5

Schemat układu „autochange” z wykorzystaniem układu rozruchowego gwiazda/trójkąt

W niektórych układach istnieje konieczność ograniczenia wielkości prądów rozruchowych silników bezpośrednio dołączanych do sieci. W takim przypadku stosowany jest układ w których przy dołączaniu silnika do sieci wykorzystany jest przełącznik gwiazda/trójkąt (rys. A2.5). Na rys. rys. A2.5 przedstawiono układ w którym dowolny silnik może być zasilany zarówno z przemiennika częstotliwości jak również przy dołączaniu bezpośrednim do sieci, a wtedy silnik uruchamiany jest poprzez przynależny układ gwiazda/trójkąt. W układzie przy zasilaniu np. silnika 1M1 z przemiennika częstotliwości w pierwszej fazie następuje typowy rozruch gwiazda/trójkąt w stanie beznapięciowym, a mianowicie zamyka się stycznik 1K5, następnie 1K3 a po nastawionym czasie odpada stycznik 1K5 i załącza się stycznik 1K4. Zamknięcie stycznika 1K4 zezwala na załączenie stycznika 1K1 i tym samym następuje zasilanie silnika 1M1 (połączonego już w trójkąt) z przemiennika częstotliwości. Przy wyborze przez układ „autochange” zasilania np. silnika 2M1 bezpośrednio z sieci, w pierwszej fazie dołączany jest stycznik sieciowy 2K2 a następnie odbywa się normalny rozruch gwiazda/trójkąt danego silnika, to jest : załączony zostaje stycznik 2K5, następnie 2K3 a po nastawionym czasie wyłącza się stycznik 2K5 a załącza się stycznik 2K4.

Schemat układu „autochange” z wykorzystaniem układów „soft starter”

A2.6

!

Na rysunku A2.6 przedstawiono układ w którym to silnik aktualnie dołączany do sieci, uruchamiany jest poprzez przynależny rozrusznik (“soft starter”). Rozrusznik energoelektroniczny po dokonaniu rozruchu danego silnika, w celu ograniczenia wydzielanego ciepła, bocznikowany jest przynależnym stycznikiem 1K3 (2K3).

!

A2.7

Schemat układu „autochange” z wykorzystaniem pojedynczego układu „soft starter”

Odmianę powyższego układu z rozrusznikami energoelektronicznymi stanowi układ z jednym „soft startem”, który to umożliwia rozruch wszystkich silników w danym układzie pompowym. Układ taki jest bardziej rozbudowany pod względem wyposażenia elektrycznego (rys. A2.7). W układzie tym przemiennik częstotliwości zasila szyny SP natomiast rozrusznik energoelektroniczny podłączony jest do szyn SR. W pierwszej fazie pracy przemiennik częstotliwości UV1 zasila silnik 1M1 poprzez stycznik 1K1. Prędkość obrotowa jest regulowana poprzez przemiennik częstotliwości. W przypadku gdy wydajność pompy przyłączonej do silnika 1M1 jest niewystarczająca a częstotliwość wyjściowa osiągnęła maksymalną wartość, przemiennik generuje sygnał dołączenia pompy dodatkowej. Powoduje to załączenie stycznika K2 oraz stycznika 2K2. Załączenie tych styczników rozpoczyna rozruch silnika 2M1. Po zakończonym rozruchu zostaje załączony stycznik 2K3, bocznikujący rozrusznik i zasilający silnik 2M1 bezpośrednio z sieci. Załączenie stycznika 2K3 powoduje odłączenie stycznika 2K2 oraz stycznika K2. Od tego momentu rozrusznik UV2 jest gotowy do rozruchu następnego silnika. W układzie tego typu nie istnieje możliwość zatrzymania silnika z wykorzystaniem funkcji „ramp” wyłączenia („łagodnego zatrzymania”).

W wielu pompowniach oprócz pomp podstawowych pracujących w cyklu automatycznym istnieje jeszcze jedna pompa dodatkowa - rezerwowa. Przez włączenie jej przez układ przełączający istnieje możliwość rozszerzenia układu „autochange” do sześciu silników. Przełączanie pompy podstawowej na pompę rezerwowa może odbywać się ręcznie lub samoczynnie. System zmiany kolejności pracy poszczególnych pomp może być uzależniony od momentu przełączenia układu przełączającego względnie może odbywać się niezależnie od układu przełączającego, zgodnie z przebiegami „autochangu” z pompami dodatkowymi.

Schemat układu „autochange modyfikowany”

A2.8

!

Na rysunku A2.9 przedstawiono ujęcie wód głębinowych z wykorzystaniem pomp głębinowych. Ujęcie to wyposażone zostało w dwie pompy głębinowe o identycznych parametrach, które to zatopione zostały w dwóch różnych studniach. Warunki wodno-prawne dopuszczają eksploatację tylko jednej ze studni oraz określają dopuszczalną wydajność dla każdej studni. W związku z powyższym ciśnienie korygowane jest sygnałem proporcjonalnym do przepływu chwilą zbliżania się przepływu do nastawionej wartości ograniczenia . Powyżej tej wartości układ regulacyjny zmniejsza liniowo zadaną wartość ciśnienia ograniczając tym samym ilość pompowanej przez pracujący agregat wody do rurociągu. Ustawiając odpowiednio parametry regulacyjne układu można ustalić granice obszaru przepływu w którym nastąpi spadek ciśnienia wyjściowego.

Jak wynika z przedstawionego powyżej schematu do regulacji wydajności pomp zastosowano jeden przemiennik częstotliwości, który to zasila alternatywnie pompę z silnikiem 1M1 lub pompę z silnikiem 2M1. Układ regulacyjny ma za zadanie utrzymanie zadanej z panelu przemiennika częstotliwości wartości ciśnienia w rurociągu. Ciśnienie to mierzone jest za pomocą przetwornika ciśnienia na wspólnej tłocznej części rurociągu obu pomp. Wartość ciśnienia jest utrzymywana jako wartość stała w granicach dopuszczalnego limitu wydajności dla danej studni. W związku z powyższym ciśnienie korygowane jest sygnałem proporcjonalnym do przepływu chwilą zbliżania się przepływu do nastawionej wartości ograniczenia . Powyżej tej wartości układ regulacyjny zmniejsza liniowo zadaną wartość ciśnienia ograniczając tym samym ilość pompowanej przez pracujący agregat wody do rurociągu. Ustawiając odpowiednio parametry regulacyjne układu można ustalić granice obszaru przepływu w którym nastąpi spadek ciśnienia wyjściowego. Wartości te ustawiane są procentach maksymalnej wartości mierzonego przepływu. Istnieje możliwość określenia wartości spadku ciśnienia wyjściowego w zadanym obszarze przepływu.

Zmiana zadanych poziomów przepływu odbywa się automatycznie w chwili włączenia na przemiennik częstotliwości silnika 2M1 pracującego w studni nr II . Uruchomienie tego silnika powoduje wprowadzenie dodatkowego sygnału, ustawianego rezystorem R1 na blok sumy sygnałów (blok oznaczony symbolem S), powodując tym symulację „dodatkowego” wzrostu przepływu.

Schemat ujęcia wód głębinowych

A2.9

!

W celu wyeliminowania przepięć w czasie przełączania i zaników napięcia wprowadzono szereg zabezpieczeń mających na celu uniknięcia zbędnych udarów prądowych i naprężeń mechanicznych występujących w takich przypadkach. W tym celu zastosowano styczniki z wzajemną blokadą uniemożliwiającą równoczesne załączenie obu styczników 1K1 i 2K1 oraz zastosowano styczniki „ryglowane”. Załączenie stycznika 1K1 powoduje, że stycznik ten podtrzymywany jest mechanicznie i tym samym nie reaguje na zanik napięcia w sieci. Wyłączenie stycznika 1K1 możliwe jest jedynie poprzez podanie napięcia na jego cewkę wybijakową oznaczoną jako 1K1/E. Podanie napięcia na cewkę wybijakową stycznika 1K1 następuje po uprzednim zablokowaniu przemiennika częstotliwości. Dołączenie drugiego silnika (2M1) do przemiennika częstotliwości, następuje ze zwłoką czasową liczona od momentu wyłączenia stycznika 1K1.

Na rysunku A2.10 przedstawiono układ napędowy z silnikiem o mocy 30 kW na napięcie 0,4 kV. Układ ten został zastosowany do napędu zatapialnych pomp ścieków w strefie zagrożonej wybuchem. Szafa sterownicza wyposażona jest w przemiennik oraz układ obejściowy umożliwiający dołączenie silnika do przemiennika częstotliwości lub bezpośrednio do sieci.

Sterowanie pompy możliwe jest z systemu nadrzędnego oraz lokalnie przy pomocy przycisków zał/wył w kolumience sterowniczej przy silniku. Wybór rodzaju sterownia dokonywany jest przełącznikiem 1S10 znajdującym się w kolumience sterowniczej.

Podłączenie silnika zarówno do przemiennika częstotliwości jak i do sieci, odbywa się przez zespół styczników (1K1, 1K2). Zastosowane styczniki posiadają wzajemne blokowanie mechaniczne, to znaczy, że nie istnieje możliwości równoczesnego załączenia dwóch styczników w danym zestawie stycznikowym. Blokada mechaniczna jest niezależna od blokowania elektrycznego w obwodach sterowania. Tym samym wykluczone jest podanie napięcia sieci na obwody wyjściowe przemiennika częstotliwości, np. przy „sklejeniu” się styków w jednym z współpracujących styczników. Styczniki wyposażone są w „zatrzask” elektromechaniczny. Zastosowanie tego typu układu zapewnia, że np. w przypadku krótkotrwałych zaników napięcia układ „pamięta” stan styczników przed zanikiem i tym samym powoduje, że z chwilą pojawienia się napięcia układ pompowy zostanie ponownie uruchomiony wg stanu przed zanikiem napięcia. Takie wyposażenie styczników ogranicza również przepięcia, jakie mogłyby powstać w czasie zaniku napięcia przy odłączaniu silnika od przemiennika częstotliwości.

Silnik przy zasilaniu z przemiennika częstotliwości jest chroniony zabezpieczeniami przemiennika częstotliwości, natomiast przy zasilaniu z sieci ochronę przejmują zabezpieczenie typu MiCOM.

Schemat układu napędowego pomp zatapialnych ścieków

A2.10

!

W szafie sterowniczej z przemiennikiem częstotliwości znajduje się przełącznik stabilizowany 1S1 umożliwiającego wybór rodzaju zasilania silnika, a mianowicie z sieci lub z przemiennika częstotliwości

Przy położeniu przełącznika 1S10 w skrzynce sterowniczej w pozycji sterowania z systemu nadrzędnego oraz przełącznika 1S1 w pozycji „P”, silnik zostaje dołączony do przemiennika częstotliwości a jego uruchomienie jak i prędkość obrotowa będzie wynikała z wielkości sygnału załaczenia jak i sygnału zadającego (4...20 mA) z systemu nadrzędnego.

Przestawienie przełącznika 1S10 w kolumnie sterowniczej przy silniku w pozycję sterowania lokalnego powoduje, że istnieje możliwość sterowania silnikiem przy pomocy przycisków zał/wył znajdujących się w tej kolumnie. Praca silnika w tym rodzaju zależna jest od położenia przełącznika 1S1 znajdującego się na drzwiach szafy z przemiennikiem częstotliwości. Przy pozycji tego przełącznika w położeniu „P” silnik dołączony zostaje do przemiennika częstotliwości a jego prędkość obrotowa osiąga zaprogramowaną stałą wartość prędkości obrotowej Przy położeniu przełącznika 1S1 w pozycji „S”, wtedy silnik zostaje dołączany bezpośrednio do sieci.

W przemyśle cementowym stosowane są wirówki do produkcji elementów wirobetonowych. Zasadniczy element stanowi forma stalowa wypełniona cementem. Forma ta jest napędzana silnikami poprzez cierne koła toczne. W omawianym układzie poszczególne zestawy kół tocznych napędzane są silnikami o mocach jak na rysunku A2.11. Silniki o mocach 132 kW wykorzystywane są jedynie do pracy w czasie rozruchu i nadaniu wymaganej minimalnej prędkości obrotowej. Silnik 1M1 jest w tym układzie silnikiem prowadzącym, natomiast silniki 2M1 ÷ 6M1 pracują jako silniki podporządkowane.

Na rys. A2.12 przedstawiono schemat obwodów głównych układu napędowego. Przemiennik częstotliwości 1U1M („master”) którego częstotliwość wyjściowa a tym samym i prędkość pracy wirówki zadawana jest z wewnętrznego potencjometru silnikowego, natomiast przemienniki 2U1S ÷ 4U1S („slave”) sterowane są sygnałem wyjściowym z przemiennika prowadzącego („master”).

Uruchomienie układu napędowego odbywa się poprzez załączenie styczników K1 ÷ K4 podających napięcie na przemienniki częstotliwości. Dopuszczalna częstość załączania przemienników częstotliwości wynosi 1 załączenie na minutę. Z tego względu w obwodzie sterowania wprowadzone są odpowiednie zwłoki czasowe uwzględniające powyższy wymóg.

Schemat zasadniczy układu napędowego wirówki do produkcji elementów wirobetonowych

A2.11

!

Uruchomienie poszczególnych silników odbywa się równocześnie przy pomocy przycisków załączenia i wyłączenia. Uruchomienie silników możliwe jest po zapaleniu się lampki sygnalizacyjnej stan gotowości do uruchomienia poszczególnych przemienników częstotliwości. Wyboru silników aktualnie napędzających wirówkę dokonuje się trójpołożeniowym przełącznikiem stabilizowanym Ustawienie tego przełącznika w pozycji „1” dopuszcza do pracy silniki o mocach 4 x 45 kW (1M1 ÷ 4M1). Możliwy zakres regulacji w tej pozycji przełącznika jest ograniczony do 100 Hz. Przestawienie przełącznika w pozycję „2” powoduje, że w czasie rozruchu będą pracowały wszystkie silnika a mianowicie zarówno silniki o mocy 45 kW (4 sztuki) jak i silniki o mocy 132 kW (2 sztuki). Przy tym ustawieniu przełącznika (pozycja „2”) silniki o mocy 132 kW zostają samoczynnie odłączone po zakończonym rozruchu (czas zwłoki po zakończonym rozruchu około 1 minuty). Zakres regulacji częstotliwości przy tym ustawieniu przełącznika wynosi do 75 Hz. Prędkość obrotową układu napędowego zadawana jest przy pomocy przycisków „szybciej” i „wolniej” sterującym wewnętrznym potencjometrem silnikowym.. Aktualna prędkość układu wskazywana jest przez miernik cyfrowy (1P2).

!

A2.12

Schemat obwodów głównych układu napędowego wirówki do produkcji elementów wirobetonowych

Ogólny schemat układu napędowego dużej mocy z silnikiem o mocy 800 kW na napięcie 690 V zasilanego z przemiennika częstotliwości przedstawiono na rysunku A2.13. Transformator od strony zasilania (6 kV) zabezpieczony jest zgodnie z PBUE.

Niezależnie od standardowych zabezpieczeń o których mowa powyżej, transformator jest wyposażony fabrycznie w układ kontroli temperatury oparty na przekaźniku typu RTT-4/A, stanowiącym integralną część transformatora.(R1).

Schemat silnika napędowego na napięcie 0,69 kV z przemiennikiem częstotliwości

A2.13

!

Układ napędowy z przemiennikiem częstotliwości który to zasilony jest z wydzielonego transformatora, jest typowym układem sieci IT i jako taki podlega wszelkim wymaganiom pod względem ochrony przeciwporażeniowej jakie są określone przez przepisy dla tego typu układu sieci. W związku z powyższym w przedstawionym układzie napędowym zastosowano system zabezpieczeń wykorzystujący ciągły pomiar stanu izolacji sieci. Wykorzystywane są do tego celu przekaźniki kontroli stanu izolacji które skutecznie reagują na prądy pojawiające się w dowolnym miejscu obwodu chronionego, a więc na odkształcone prądy przemienne oraz prądy wyprostowane o różnej i nie znanej zawartości tętnień. W miernikach tego typu wykorzystywana jest metoda AMP bazująca na specjalnym przebiegu napięcia testowego generowanym przez układ mikroprocesorowy i automatycznie adaptowanym do warunków pomiaru. Oprogramowanie pomiarowe rozróżnia prądy upływu wynikłe z zakłóceń w sieci i płynące przez rezystancję izolacji. Dzięki temu nawet zakłócenia generowane w szerokim zakresie nie mają wpływu na dokładny pomiar stanu izolacji.

W układzie tym zastosowany został przekaźnik kontroli stanu izolacji firmy BENDER typu IRDH375.

Jako zabezpieczenia termiczne silnika przed przeciążeniem wolnozmiennym w uzwojenie stojana oraz w węzły łożyskowe wbudowane są termorezystory platynowe Pt100 oznaczone na rys. A2.13 jako R2 i R3.

Do kontroli drgań silnika w węzły łożyskowe wbudowane są czujniki drgań (E1) podłączone do przetwornika dwuprogowego, którego pierwszy stopień uruchamia sygnał alarmowy, natomiast drugi stopień powoduje wyłączenie.

W celu niedopuszczenia do absorpcji wilgoci przez uzwojenie silnika, wyposażony jest w grzałki antykondensacyjne.

Modyfikacją powyższego układu jest układ przedstawiony na rys. A2.14 zastosowany do napędu pomp wody sieciowej pracujących w sieciach ciepłowniczych. Układ składa się z dwóch silników napędowych z silnikami o mocy 500 kW każdy na napięcie 690 V. Do zasilania w/w silników zastosowano przemienniki częstotliwości typu VACON. Zastosowane przemienniki częstotliwości są przemiennikami 12-sto pulsowymi i każdy z nich zasilony jest z transformatora trójuzwojeniowego o mocy 700 kVA. Praca przemienników częstotliwości odbywa się w systemie „master/slave”. Częstotliwość wyjściowa przemiennika częstotliwości UV1 („master”) zadawana jest z zadajnika (1) , natomiast przemiennik UV2 („slave”) sterowany jest sygnałem wyjściowym z przemiennika prowadzącego („master”). Każdy z dwu przemienników częstotliwości może być przemiennikiem prowadzącym, a wyboru przemiennika prowadzącego dokonuje się „ręcznie” przy pomocy przełącznika (2) wyboru silnika „master

Pola zasilające transformatory suche trójuzwojeniowe wyposażone są w typowe zabezpieczenia mikroprocesorowe MiCOM. W układ zabezpieczeń włączone są również zabezpieczenia temperaturowe uzwojeń transformatora oparte o czujniki termistorowe. Przemienniki częstotliwości są przemiennikami 12-pulsowymi co w znacznym stopniu ogranicza zawartość wyższych harmonicznych w prądzie zasilającym.

Schemat układu pomp wody sieciowej (zasilające)

A2.14

!

1- zadajnik ciśnienia; 2 – układ przełączający zadajnik „master/slave”; 3 - przetworniki ciśnienia; 4 – przekaźniki kontroli stanu izolacji

Wartość ciśnienia wyjściowego pomp mierzona jest przetwornikiem ciśnienia (3), po jednym dla każdego układu napędowego w celu zapewnienia większej niezależności pracy obu układów.

W przypadku awarii przemiennika aktualnie pracującego w układzie „master”, następuje samoczynne przejęcie przez drugi przemiennik funkcji „master” bez konieczności zmiany trybu pracy przełącznikiem.

W układzie sterowania przewidziano, że przy krótkotrwałym zaniku napięcia zasilającego przemiennik częstotliwości nie będzie następowało samoczynne wyłączenie układu. Opóźnienie czasowe wyłączenia będzie wynikało z czasu w którym prędkość obrotowa silnika nie spadnie poniżej 60% prędkości nominalnej oraz dzięki specjalnemu sterowaniu przemiennik będzie kontrolował położenie wektora strumienia silnika i w momencie ponownego pojawienia się napięcia, silnik będzie natychmiast wchodził do pracy. Przy przerwie w zasilaniu trwającym nieco dłużej, przemiennik wykorzystuje funkcję „lotnego startu”, synchronizuje się z obracającym silnikiem i wraca do pracy.

Powyższe układy napędowe zasilane są z wydzielonych transformatorów i jako takie są typowymi układami sieci IT. W związku tym podlegają wszelkim wymaganiom pod względem ochrony przeciwporażeniowej jakie są określone przez przepisy dla tego typu układu sieci. W związku z powyższym w układach tych zastosowano ciągły pomiar stanu izolacji sieci zrealizowany na bazie przekaźników firmy „BENDER”. Przekaźniki te kontrolują cały układ napędowy.

Silniki pomp w czasie normalnej pracy chronione są następującymi zabezpieczeniami przemiennika częstotliwości, które to posiada standardowo każdy przemiennik częstotliwości firmy VACON.

Niezależnie od powyższych zabezpieczeń każdy silnik wyposażony jest z przetworniki temperaturowe PT100 wbudowane w uzwojenia oraz w łożyska, celem zabezpieczenia silnika przed przeciążeniami wolnozmiennymi.

Ogólny schemat układu napędowego dużej mocy z silnikami wysokonapięciowymi w układzie podwójnej transformacji zasilający silniki wysokonapięciowe w którym z jednego przemiennika częstotliwości może być zasilanych kilka silników wysokonapięciowych (6 kV) każdy o mocy 1000 kW przedstawiono na rys. A2.15. Układ ten został zastosowany do napędu pomp wodnych zasilających sieć przemysłową. W układzie tym kilka pomp pracuje ze stałą wydajnością przy bezpośrednim zasilaniu ich z sieci, natomiast jedna – wybrana pompa – zasilana jest z przemiennika częstotliwości. Pompa ta doregulowuje poprzez zmianę prędkości obrotowej swoją wydajność do aktualnego zapotrzebowania wody w systemie.

Układ ten obejmuje następujące podstawowe elementy :

¨ transformator trójuzwojeniowego zasilający przemiennik częstotliwości (T1) – 6000/690/690 V

¨ przemiennik częstotliwości serii VACON 1100CX6

¨ transformatora dwuuzwojeniowego podwyższającego napięcie (T2) – 6000/690V

¨ rozdzielnię na napięcie regulowane 6 kV.

Schemat silnika napędowego na napięcie 6 kV z przemiennikiem częstotliwości

A2.15

!

Transformator trójuzwojeniowy (T1) obniżający napięcie (6000/690/690 V) od strony zasilania w rozdzielni 6 kV jest zabezpieczony zgodnie z PBUE. Jako zabezpieczenie zastosowano typowe zabezpieczenia mikroprocesorowego serii MiCOM. Niezależnie od tego zabezpieczenia, transformator wyposażony jest w układ kontroli temperatury uzwojeń oparty o przekaźnik typu RTT-4/A, stanowiącym integralną część transformatora.

Układ napędowy z przemiennikiem częstotliwości, który zasilony jest z wydzielonego transformatora, jest typowym układem sieci IT i jako taki podlega wszelkim wymaganiom pod względem ochrony przeciwporażeniowej określone przez przepisy dla tego typu układu sieci. W związku z powyższym w układzie napędowym zastosowany jest system zabezpieczeń wykorzystujący ciągły pomiar stanu izolacji sieci.

Wykorzystany jest przekaźnik kontroli stanu izolacji reagujący na prądy doziemne pojawiające się w dowolnym miejscu układu chronionego, jak również na odkształcone prądy przemienne oraz prądy wyprostowane o różnej i nieznanej zawartości tętnień. W mierniku tym wykorzystywana jest metoda AMP bazująca na specjalnym przebiegu napięcia testowego generowanym przez układ mikroprocesorowy i automatycznie adaptowanym do warunków pomiaru. Oprogramowanie pomiarowe rozróżnia prądy upływu wynikłe z zakłóceń w sieci i płynące przez rezystancję izolacji. Dzięki temu nawet zakłócenia generowane w szerokim zakresie nie mają wpływu na dokładny pomiar stanu izolacji. W układzie zastosowany jest przekaźnik kontroli stanu izolacji firmy „BENDER” typu IRDH375. Przekaźnik ten kontroluje cały układ napędowy po stronie napięcia 690 V. Sygnały wychodzące z przekaźnika skierowane są do układ sterowania i sygnalizacji w rozdzielni 6 kV.

Przemiennik częstotliwości jest przemiennikiem 12-sto pulsowym co w znacznym stopniu ogranicza zawartość wyższych harmonicznych w prądzie zasilającym. Przemiennik ten po stronie zasilania wyposażony jest w wyłączniki Q1 i Q2. Dla ograniczenia wpływu wyższych harmonicznych w prądzie wyjściowym zastosowane są filtry sinusoidalne (L1 i L2). Transformator podwyższający (T2) napięcie 690/6000V oprócz funkcji podwyższania napięcia wyjściowego przemiennika częstotliwości pełni również funkcję dodatkowego filtru wyjściowego.

Transformator ten wraz z silnikiem zabezpieczony jest przez zabezpieczenia przemiennika częstotliwości, stanowiące jego integralne wyposażenie. Niezależnie od powyższego transformator wyposażony jest w układ kontroli temperatury uzwojeń oparty o przekaźnik typu RTT-4/A, omówiony powyżej.

Napięcie wyjściowe przemiennika 1000 kW przy obciążeniu 500 kW po stronie 6 kV

A2.16

!

Transformator podwyższający napięcie (T2) wprowadza izolację galwaniczną od kontrolowanych doziemień obwodów przemiennika częstotliwości. W związku z tym, do kontroli zwarć doziemnych w sieci 6 kV z napięciem regulowanym wprowadzony jest przekaźnik kontroli stanu izolacji firmy BENDER typu IRDH375 z przystawką wysokonapięciową na napięcie 6 kV typu AGH520S.

Jako dodatkowe zabezpieczenie silnika przed przeciążeniami wolnozmiennymi w uzwojenie stojana silnika oraz w węzły łożyskowe wbudowane są termorezystory platynowe PT100.

W celu niedopuszczenia do absorpcji wilgoci przez uzwojenie silnika, każdy silnik wyposażony jest w grzałki antykondensacyjne.

Jak wynika z powyższego poszczególne silniki w układzie przedstawionym na rys. A2.15 zasilane są z rozdzielnicy z dwoma systemami szyn zbiorczych na napięcie 6 kV. W rozdzielnicy tej jeden z systemów szyn zbiorczych zasilany jest napięciem 6 kV – 50 Hz, natomiast drugi system szyn zbiorczych zasilany jest napięciem przemiennym z przemiennika częstotliwości. Ten system szyn zbiorczych zasilany jest napięciem przemiennym regulowanym w zakresie do 6 kV i zmiennej częstotliwości od 25 ÷ 50 Hz. W związku z powyższym istniała konieczność sprawdzenia prawidłowości pracy rozdzielnicy przy zasilaniu jej napięciem odkształconym o współczynniku THDU% ≤ 5% wynikających z aktualnie obowiązujących przepisów.

Badania przeprowadzono na rozdzielnicy typu D-12-2P produkcji ELEKTROBUDOWY S.A. w Katowicach. W czasie badań badano wpływ odkształconych przebiegów prądów i napięć mogących powodować zakłócenia w pracy aparatury sterującej, monitorującej i zabezpieczającej umieszczonej w rozdzielnicy.

!

A2.17

Oscylogram prądu zasilania rozdzielnicy z przemiennika częstotliwości dla prądu obciążenia IP= 95A

Badania przeprowadzono z wykorzystaniem przemienników częstotliwości firmy VACON i układów generujących odkształcone przebiegi prądów i napięć.

Przeprowadzono następujące badania i pomiary:

· Wpływ odkształconego prądu w zakresie od 0 do 100 A. Na rys. A2.17 przedstawiono przykładowy oscylogram prądu i napięcia zasilania rozdzielnicy z przemiennika częstotliwości o przebiegu odkształconym i prądzie obciążenia I_F = 40A oraz na rys. A2.18 oscylogram prądu zasilania dla obciążenia I_P = 95A. Podczas badań współczynnik odkształcenia prądów (THDI) zmieniał się granicach od kilku do 100%, tzn. w zakresie większym niż będzie występował podczas normalnej pracy.

Oscylogram prądu i napięcia zasilania rozdzielnicy z przemiennika częstotliwości dla prądu obciążenia IF= 40A

A2.18

!

· Wpływ stromości napięcia wyjściowego przemiennika częstotliwości na prace rozdzielnicy w zakresie wartości od 3,2 kV/μs do 3,7 kV/μs. W praktyce dopuszcza się stromość napięcia do wartości 1kV/ μs, która to wartość ma wpływ na trwałość izolacji.

Oscylogram napięcia wyjściowego z przemiennika do określenia stromości napięciowej dU/dt przy obciążeniu I = 50A (dU/dt = 3,76 kV/μs

A2.19

!

· Wpływ pola magnetycznego wytwarzanego przez rozdzielnice w jej wnętrzu na pracę zamontowanych w niej aparatów. Indukcja elektromagnetyczna (B) wewnątrz rozdzielnicy osiągała największą wartość około 20 μT.

· Wpływ indukowanych napięć przez zmienne pole magnetyczne generujące napięcia w przewodach usytuowanych wewnątrz rozdzielnicy. Wartość tego napięcia mierzona z wykorzystaniem pętli próbnej wynosiła maksymalnie 3,2 V (pik to pik).

Przeprowadzone badania pozwoliły na stwierdzenie, że zastosowana rozdzielnica typu D-12-2P produkcji ELEKTROBUDOWY S.A. w Katowicach spełnia wymagania odnośnie jej zastosowania w przedstawionym na rysunku A2.15 układzie.