Краткие технические характеристики устройств плавного пуска (УПП типа SSM компании АББ) высоковольтных двигателей
А. Конструкция.
Каждое УПП является комплектным, автономным устройством одностороннего обслуживания. Силовая часть включает в себя вводной разъединитель, рассчитанный на отключение полного тока нагрузки, силовые плавкие предохранители, закреплённые вводной и обводной вакуумные контакторы, блок силовых тиристоров.
С целью минимизации компонентов и повышения тем самым надежности УПП цифровой контроллер управления тиристорами выполняет одновременно и функции защиты двигателя. Защиты работают как в режимах пуска и плавного останова, так и при работе двигателя напрямую от сети с включенным обводным контактором. Специализированного устройства РЗА не требуется.
Для удобства эксплуатации УПП выполнены по принципу Plug and play, т. е. требуется лишь подключение входа к питающей сети (3 фазы) и выхода - к двигафазы). Все межблочные связи, защиты двигателя, источники питания и т. д. выполнены внутри самого устройства, дополнительных блоков, кабелей, напряжений цепей управления, монтажных работ не требуется.
С целью повышения надёжности УПП с номинальным током ниже 400 А выполняются невентилируемыми (отсутствуют вентиляторы охлаждения). Все УПП имеют степень защиты не ниже IP54 (стандарт) или IP 64 (опция) для работы в условиях повышенной загрязнённости.
Для удобства проектирования и размещения на объекте конструкция УПП предусматривает возможность двух вариантов его подключения:
встраивание в щит КРУ (шинное подключение). В этом случае необходимость во внешней ячейке ввода (выключателе) с устройством РЗА отпадает (экономия – 20-30 kUSD на одно устройство), достигается двойное снижение занимаемой площади, двойное увеличение времени наработки на отказ.
подключение кабелем снизу, сверху, сзади или с обоих боков. В этом случае (опция по желанию Заказчика) питание УПП осуществляется через внешнюю (избыточную) высоковольтную ячейку. Наличие же встроенных в УПП вводного и обводного контакторов позволяет держать выключатель этой внешней ячейки постоянно включенным и питающее напряжение – постоянно подведенным к УПП, а рабочие коммутации выполнять контакторами. Это позволяет внешнему выключателю работать в щадящем режиме за счет снижения числа коммутаций, однако, повышаются габариты и общая цена технического решения.
В. Разъединитель.
Привод разъединителя выполняется с помощью наружной рукоятки, обеспечивающей наглядную индикацию положения разъединителя. Для безопасности персонала отсек с разъединителем изолирован от всех остальных компонентов устройства.
При размыкании разъединителя его ножи автоматически заземляют ниже расположенные по схеме силовые цепи УПП. Этим обеспечивается разряд любой энергии, накопленной в цепях нагрузки (кабелях) в момент разъединения. Конструкция обеспечивает визуальное (через смотровое окно) подтверждение размыкания и заземления ножей разъединителя.
С целью предотвращения несанкционированного включения рукоятка разъединителя позволяет её запирание в отключенном положении путём установки до трёх висячих замков.
С. Вакуумные контакторы
Контакторы закреплены болтами в высоковольтном отсеке. Силовые соединения выполнены так, чтобы быть доступными спереди, облегчая проведение технического обслуживания.
Для УПП с питающим напряжением 6 кВ номинальное напряжение контактора составляет не менее 7,2 кВ
В случае неисправности блока силовых тиристоров обводной контактор имеет возможность шунтировать этот блок по внешней команде управления (сухой контакт), разрешая прямой пуск от сети.
D. Блок силовых тиристоров
Номинальное обратное пиковое напряжение (PIV):
Чтобы гарантировать высокую надёжность устройства, для УПП с номинальным напряжением 6 кВ допустимое обратное пиковое напряжение (PIV) каждой фазы тиристоров составляет не менее 19,5 кВ.
Перегрузочная способность.
Для максимального использования возможностей двигателя по развиваемому моменту на валу, в пусковых режимах блок силовых тиристоров выдерживает ток I = 500%Iном или I = 600%Iном (почти прямой пуск) в течение 60 с и 30 с соответственно (нет аналогов в мире).
Помехоустойчивость:
Для исключения вероятности ложного включения тиристоров или не включения их в нужный момент и вызванной этим несимметрии выходных напряжений и токов в условиях провалов и помех электропитания, цепи отпирания затворов тиристоров (драйверы) защищены от электрических помех следующими способами (нет аналогов в мире):
а. Источник питания для каждого драйвера выполнен индивидуальным и изолированным от напряжения цепей управления с помощью высоконадёжных компаундированных кольцевых трансформаторов.
б. Управляющее напряжение затвора формируется не в виде серии последовательных импульсов, а сохраняется постоянным на протяжении 240 электрических градусов от точки пересечения нуля, тем самым моментально повторно включая тиристор, даже если он и закроется в результате провала напряжения сети и снижения тока до нуля.
с. Алгоритм управления тиристорами обеспечивает равное в каждой фазе симметричное напряжение на выходе устройства в процессе разгона и плавного останова даже при асимметрии и пульсациях питающего напряжения. Это исключает биения момента на валу двигателя и избыточные усилия на механические сочленения, исключает дополнительный нагрев обмоток двигателя гармониками тока, вызванными несимметрией, и увеличивает срок службы изоляции двигателя.
d. Для защиты от электромагнитных и (или) радиочастотных помех, создаваемых внутренними компонентами, и отсутствия ложных срабатываний защит:
d1.Каналы управления драйверами тиристоров выполнены волоконно-оптическими;
d2. Каналы обратной связи по току каждой фазы тиристоров выполнены волоконно-оптическими;
d3. Информационные каналы по температуре радиаторов каждой фазы тиристоров выполнены волоконно-оптическими;
d4. Информационный канал по току нулевой последовательности (утечке на землю) выполнен волоконно-оптическим.
УПП не требует установки линейных (сетевых) реакторов при работе от сети в условиях промышленных помех и провалов напряжения.Е. Силовые предохранители.
Каждый силовой предохранитель имеет индикацию перегорания.
Предусмотрена защита, снимающая управление с тиристоров и размыкающая вакуумные контакторы при перегорании любого из предохранителей.
F. Блокировки.
Предусмотрена механическая блокировка между разъединителем и дверью высоковольтного отсека. Она препятствует открытию двери до полного замыкания разъединителя, а также препятствует включению разъединителя при открытой двери высоковольтного отсека.
Блокировка, описанная в п. F1, допускает возможность обхода в случае, когда это потребуется в аварийной ситуации или при пуско-наладочных работах, сертифицированным специалистом. Для обхода блокировки требуется применение инструмента.
Предусмотрены не менее двух электрических блокировок, запрещающих включение УПП (пуск двигателя) при наличии неисправности в технологическом оборудовании на объекте (сухой контакт).
Примечание: в связи с требованием к разъединителю допускать разрывание полного тока нагрузки (п. А1), дополнительных усложняющих конструкцию блокировок между разъединителем и вводным контактором, которые разрешают отключать разъединитель только при отключённом контакторе (нулевом токе), не требуется.
G. Функции оперативного управления.
Микропроцессорный блок с пультом управления (ЦПУ):
Блок ЦПУ обеспечивает реализацию алгоритмов управления и защит (см. п. А2) и индикацию состояния УПП с помощью двухстрочного жидкокристаллического дисплея со встроенными функциональными клавишами и диагностическими светодиодами. Для программирования на ЦПУ не используются двухпозиционные переключатели с двоичным кодом.
Индикаторы на светодиодах выдают сведения:
- b1. о наличии питания; b2. о состоянии УПП – работа/отключение; b3. о состоянии каждого выходного реле.
Предусмотрена защита кодированным паролем для исключения несанкционированного изменения запрограммированных параметров. Кроме того, в особо ответственных случаях снятием внешней аппаратной перемычки Заказчика (вместо малонадёжного микропереключателя) полностью запрещается редактирование параметров с целью предупреждения их случайного изменения или стирания.
Запоминающее устройство (ЗУ):
ЗУ на микросхемах сохраняет свои данные в случае отключения электропитания. Состояние оперативного ЗУ при этом запоминается в ЗУ типа EEPROM и восстанавливается после восстановления питания.
Часы реального времени.
Предусмотрены часы реального времени с автоматическим обновлением в високосный год. Для этих часов используется батарейное электропитание, рассчитанное минимум на 10 лет. Часы допускают сброс и установку в полевых условиях после замены батареи, не влияя на другую накопленную информацию.
H. Защита двигателя и УПП.
Как при пуске, так и при последующей работе от сети (после шунтирования тиристорного блока обводным контактором) осуществляется сигнализация и полная защита двигателя и УПП, превышающая функциональные возможности обычных устройств релейной защиты. Каждая защита имеет независимые уставки для сигнализации и срабатывания (отключения УПП) и программируется для её фиксации на дискретных выходах / реле (до трёх выходов). Перечень сигнализации и защит включает в себя следующие их виды в соответствии с классификацией ANSI:
от максимальной / минимальной частоты вращения (непопадание в вилку скоростей) (ANSI 12/14) (при условии установки импульсного или аналогового датчика скорости)
от снижения питающего напряжения (ANSI 27)
от снижения тока нагрузки (ANSI 37).
от перегрева подшипников двигателя и обмоток статора (ANSI 38/49)
от несимметрии фазных токов или обрыва фазы (ANSI 46)
от обратного чередования фаз питающего напряжения (ANSI 47)
от затянутого пуска и блокировки ротора двигателя (ANSI 48)
от тепловых перегрузок двигателя (электронная тепловая защита) (ANSI 49).
Используется тепловая модель двигателя, фиксирующая в специальном тепловом регистре текущее количество теплоты, накопленное двигателем. Защита срабатывает при превышении уставки в соответствии со стандартным классом двигателя по нагревостойкости (5… 30) или в соответствии с модифицированной кривой I = f(t), определяемой Заказчиком для конкретного двигателя (основной способ защиты).
Применяется память теплового состояния двигателя при сбое или отключения питания, учитывающая продолжающийся процесс его охлаждения в отключенном состоянии. После восстановления электропитания данные о тепловом состоянии двигателя автоматически обновляются с учетом фактического охлаждения двигателя за время отсутствия электропитания. Многократное включение/отключение напряжения никак не отражается на памяти теплового состояния двигателя
УПП запоминает требуемое для пуска двигателя количество теплоты, усреднённое по данным нескольких предыдущих успешных пусков (не менее трёх). После отключения по перегрузке защита блокирует повторный пуск до тех пор, пока двигатель не остынет до состояния, из которого возможен успешный пуск.
Кроме основного способа защиты при пуске (п. Н8а) предусмотрены два альтернативных способа защиты:
d1. Защита по задаваемому изготовителем электродвигателя или измеренному экспериментально при пуско-наладочных работах критическому значению параметра I2t, косвенно отражающему количество теплоты, накопленное двигателем. Измерение значения I2t производится автоматически и отражается на индикаторе пульта управления.
d2. Защита по отклонению от оптимального графика пуска I = f(t). УПП переводится в режим обучения и запоминает по точкам со временем запоминания до 300 с график пуска I = f(t), принятого за оптимальный. ЦПУ сравнивает графики последующих пусков с оптимальным и инициирует защиту при их отклонении на величину более заданной уставки.
В памяти ЦПУ могут быть рассчитаны кривые и заданы уставки защит отдельно для режима пуска и для рабочего режима на полной скорости (с обводным контактором). Это позволяет задавать более высокий уровень защиты в пусковом режиме, чтобы избежать частых отключений при разгоне, и более низкий её уровень для точной защиты двигателя в рабочем режиме.
от максимального тока в фазах двигателя (до 14Iном - электронная мгновенная защита) (ANSI 50)
от максимального тока перегрузки (ANSI 51)
от утечки на землю (мгновенная или с выдержкой времени) (ANSI 50N/51G/N)
от ухода коэффициента мощности за допустимые верхний/нижний пределы (ANSI 55)
от недопустимого повышения питающего напряжения (ANSI 59)
от максимального количества пусков в час (1…6)/ минимального времени между пусками (0…60 мин)/ времени между остановом и последующим пуском (0… 60 мин) (ANSI 66)
от максимальной/минимальной частоты питающей сети (ANSI 81Н/81L)
от сброса защиты и последующего пуска двигателя при срабатывании определенных защит (блокировка включения) (ANSI 86)
дифференциальная защита двигателя (ANSI 87) (при условии установки дополнительных датчиков тока)
от превышения средней потребляемой активной мощности (кВт) (отсутствует в обязательных требованиях ANSI)
от превышения средней потребляемой реактивной мощности (кВар) (отсутствует в обязательных требованиях ANSI)
от превышения средней потребляемой полной мощности (кВА) (отсутствует в обязательных требованиях ANSI)
от превышения среднего тока нагрузки за определённый период времени (отсутствует в обязательных требованиях ANSI)
от перегрева тиристорного блока. В радиаторах каждой фазы тиристоров установлены термодатчики, подключённые к одному из программируемых входов УПП, который настроен на заводе-изготовителе в качестве входа защиты от перегрева (отсутствует в обязательных требованиях ANSI)
от неисправности обводного контактора (не замыкание или не размыкание при соответствующей команде управления) (отсутствует в обязательных требованиях ANSI)
от неисправности тиристора или КЗ в нагрузке (проверка перед пуском). В режиме пуска от УПП подаётся начальное малое напряжение на двигатель в течение первой 1/4 секунды времени разгона и контролироваться ток. В случае его сверхбыстрого роста (КЗ в нагрузке) пуск запрещается с целью предупреждения дальнейших повреждений оборудования (отсутствует в обязательных требованиях ANSI).
от неисправности датчиков температуры обмоток статора или подшипников двигателя (отсутствует в обязательных требованиях ANSI).
Управление пуском
УПП обеспечивает следующие режимы пуска:
Линейный рост напряжения; Линейный рост напряжения с учетом токоограничения; Линейный рост тока до заданного уровня; Скачок тока с удержанием его на заданном уровне; Линейный рост скорости (постоянное ускорение) (при наличии импульсного или аналогового датчика скорости); Линейный рост мощности; Разгон по произвольной диаграмме (до трёх диаграмм в памяти УПП) – для согласования условий пуска с любой нагрузкой, например, для быстрого прохождения критических скоростей насосного (компрессорного) агрегата; Толчковый пуск - для начального толчка механизма с высоким стартовым сопротивлением (трением); Движение на пониженной скорости (5…75% номинального напряжения)
Время линейного роста заданного параметра (напряжение, ток, скорость, мощность) программируется в диапазоне 0…120 с (без учета времени работы УПП на токоограничении).
При использовании режимов пуска 1а… 1g, в памяти УПП может программироваться два профиля разгона, например, для легкого (с закрытой задвижкой) и тяжелого (с открытой задвижкой) пуска насосов. Требуемый профиль выбирается переключателем на самом УПП или дистанционно замыканием/размыканием сухого контакта.
Управление торможением.
Уставки для управления торможением задаются независимо от уставок разгона. Способ управления с заранее программируемым алгоритмом торможения, не допускающие построение рабочей диаграммы торможения в соответствии с требованиями конкретной нагрузки, не используется в данных УПП.
Время торможения регулируется в диапазоне 0…60 с, напряжение начала и окончания торможения регулируется в диапазоне 100…0% напряжения сети.
Дискретные и аналоговые входные сигналы.
Функция управления ПУСК / СТОП имеет интерфейс с напряжением 110В переменного тока, чтобы избежать потенциальных проблем при падении напряжения питания, и имеет две опции:
2-проводное исполнение: ПУСК – контакт замкнут, СТОП – контакт разомкнут 3-проводное исполнение: ПУСК – кратковременное замыкание НО контакта, СТОП – кратковременное размыкание НЗ контакта
Имеется четыре конфигурируемых дискретных входа (сухой контакт), которые могут:
Допускать программирование их названия; Допускать программирование условия срабатывания – по замыканию или размыканию контакта; Допускать выдержку времени на срабатывание в диапазоне 0… 60 с.
Имеется один аналоговый вход 4… 20 мА и вход для сигналов импульсного датчика для подключения тахометра с целью реализации функций разделов Н1 и I1е.
Дискретные и аналоговые выходные сигналы
Имеется восемь дискретных выходов (встроенных реле) с переключающими контактами на 240 В переменного тока, номинальным током 5 А и светодиодной индикацией состояния.
Имеется два программируемых аналоговых выхода 4… 20 мА для выдачи на каждый выход информации об одном из следующих параметрах двигателя:
скорость двигателя, об/мин; наибольшую температуру из 2-х подшипников двигателя, град С; наибольшую температуру из 6 термодатчиков в трёх обмотках статора, град. С действующий ток двигателя, А загрузка двигателя по отношению к номиналу, %
Сигналы от резистивных датчиков температуры (РДТ)
Имеется двенадцать программируемых входов для приёма сигналов от датчиков температуры следующих типов: Платиновыe 100 Ом (Pt 100) Никелевые 100 Ом (Ni 100) Никелевые 120 Ом (Ni 120) Медные 10 Ом (Cu 10)
Каждому датчику может быть присвоено имя длиной до 15 символов (включая пробелы) и установлены собственные уровни сигнализации и отключения.
Для датчиков температуры статора предусмотрена опция, когда УПП не отключится, пока два датчика фазы не превысят заданный уровень. Это позволяет устранить частое отключение устройства по сигналам датчиков температуры.
Измерение и индикация
Предусмотрено измерение и выдача на индикатор дисплея следующих параметров:
Выходной ток по каждой фазе и среднее значение по трём фазам; Нагрузка электродвигателя (в % от номинального тока); Линейное напряжение каждой пары фаз; Частота питающей сети: Чередование фаз; Ток утечки на землю; Текущие полная (кВА), активная (кВт), реактивная (кВАр) мощности, коэффициент мощности, суммарное потребление электроэнергии (МВт-ч); % остаточной способности двигателя выдерживать тепловые нагрузки (100% в случае полного охлаждения); Тепловая нагрузка при пуске (среднее значение по трём или более предыдущим успешным пускам); Средняя продолжительность пуска (по данным не менее трёх предыдущих успешных пусков); Средний пусковой ток (по данным не менее трёх предыдущих успешных пусков); I*I*T для последнего пуска; Продолжительность последнего пуска; Температура от 12 датчиков температуры; Состояние электродвигателя: ГОТОВ, ПУСК, РАБОТА, ПРИЧИНА ПОСЛЕДНЕГО ОТКЛЮЧЕНИЯ. Данные по последнему срабатыванию защиты: причина, фазные токи и токи утечки на землю, дисбаланс фаз, частота, самые нагретые РДТ на статоре и вне статора. Остаточное время до отключения по перегрузке, блокировки по температуре, блокировки при выбеге, времени между пусками и по числу пусков в час; Архив не менее чем по 60 последним событиям с указанием фазных токов и токов утечки на землю для каждого из них; Статистика по числу отключений каждого вида защит;
Связь
Поддерживаются следующие протоколы связи:
Modbus RTU; Profibus; Ethernet Modbus TCP/IP.
ЗИП
ЗИП для эксплуатации в течение первого года не требуется.
Гарантия
Гарантийные обязательства сохраняются в течение 12 месяцев с даты ввода устройства в эксплуатацию или 18 месяцев с даты поставки оборудования, смотря по тому, что наступает первым. Существует опция сохранения гарантии в течение 24 месяцев с даты ввода устройства в эксплуатацию или 30 месяцев с даты поставки оборудования, смотря по тому, что наступает первым.
Более подробный обзор программных опций, технических характеристик и функциональных возможностей приведен в ПРИЛОЖЕНИИ №1 (буклет, отдельным файлом). Функциональная схема внешних подключений приведена на рисунке..
