Alegerea aparatului de cuplare paralel a generatoarelor

ALEGEREA APARATULUI DE CUPLARE PARALEL A GENERATOARELOR

1 GENERALITATI

Energia electrica la bordul navelor este asigurata de generatoare sincrone antrenate de

motoare diesel. Aceste generatoare pot sa functioneze individuala sau in paralel in functie de puterea lor, de regimul navei si de posibilitatile pe care le ofera schema electrica.

Generatoarele pot functiona individuala in doua cazuri:

- generatorul alimenteaza sisteme de bare diferite, fiecare din acestea alimentand un numar bine stabilit de consumatori, generatorul putand fi comutat la mai multe sisteme de bare;

- fiecare din generatoare lucreaza in permanenta numai pentru alimentarea unui sistem de bare iar consumatorii de energie electrica pot fi comutati de la un sistem de bare la altul;

In cazul folosirii generatoarelor individuale este necesar sa se foloseasca un numar de aparate de conectare si comutare ceea ce ingreuneaza schema si exploatarea, fiind deasemenea foarte greu a se folosi in unele regimuri, puterea totala a grupurilor.

Trecerea de la o sursa la alta este neaparat legata de intreruperea alimentarii

consumatorilor, ceea ce este cu totul nedorit daca, ne referim numai la aparatura de

telecomanda a motorului principal, la instalatiile radio si cele de electronavigatie.

Avand in vedere neajunsurile semnalate la functionarea individuala a generatoarelor, la bordul navelor, ele functioneaza, pe o perioada mai scurta sau mai lunga, in paralel, sigurand astfel elasticitatea centralei. Prin modificarea numarului de generatoare aflate in functiune, in diferitele regimuri ale navei, se sigura transferul de sarcina de la o sursa la alta fara a intrerupe alimentarea consumatorilor.

Conectarea in paralel a generatoarelor se poate realiza in doua moduri:

- prin sincronizare precisa;

- prin autosincronizare (sincronizare automata).

Sincronizarea precisa a generatoarelor ce urmeaza a fi cuplate in paralel se face in felul urmator:

- se echilibreaza, dupa voltmetrele montate pe panoul fiecarei sectii de generator, tensiunea generatorului in functiune si a celui ce va fi cuplat in paralel;

- cu ajutorul servomotorului de pe motorul diesel, ce actioneaza asupra instalatiei de alimentare cu combustibil, se regleaza turatia grupului astfel ca cele doua frecvente, sa fie egale;

- cu ajutorul sincronoscopului cu ac indicator s a u cu lampi se urmareste coincidenta perfecta a frecventelor si defazarea tensiunilor generatorului in functiune si a celui ce va fi cuplat dupa care, prin intermediul aparatelor de comutare, se conecteaza generatorul la bare in paralel cu cel aflat deja in functiune.

Realizarea operatiei de sincronizare precisa cere, de la personalul de exploatare,

experienta, calificare si o atentie deosebita deoarece orice greseala la operatia de punere in paralel poate duce la aparitia unor curenti a caror valoare poate fi de 15 ori mai mare decat curentul nominal, ceea ce pericliteaza integritatea mecanica a generatoarelor si a

echipamentelor aferente.

Prin comparatie cu procedeul descris anterior, autosincronizarea generatoarelor

constituie o operatie mai simpla si mai sigura. Autosincronizarea se realizeaza astfel:

se regleaza turatia generatorului, aducand-o cat mai aproape de turatia de sincronism, cu o precizie de cateva procente;

- cu ajutorul dispozitivului de conectare generatorul este cuplat la bare, intra in sarcina si i se mareste automat excitatia. Autosincronizarea se face doar la generatoarele care sunt prevazute cu regulator automat de turatie.

Autosincronizarea se poate face prin reactor care micsoreaza socul de curent sau prin

sincronizatorul automat care regleaza automat turatia grupurilor si la o diferenta minima de frecventa si de defazaj electric cupleaza generatorul la bare intr-un timp scurt, fara pericole.

Indiferent de modul in care functioneaza generatoarele, in paralel sau singulare, sunt

necesare urmatoarele tipuri de protectii:

- protectia la scurtcircuit prin decuplarea temporizata a generatorului de la bare sau instantaneu la socuri mari de curent;

- protectia la suprasarcina prin decuplarea consumatorilor neesentiali;

- protectia la putere inversa, numai cand generatoarele functioneaza in paralel;

- protectia la tensiune minima;

- protectia la subfrecventa sau suprafrecventa in cazul functionarii in paralel, pentru scurta durata a unui diesel generator cu un generator de ax sau un turbogenerator.

In cazul de fata, pentru realizarea sincronizarii automate, se prevede un dispozitiv de

putere in paralel de tip A P P - 1 fabricat la IMN Galati care asigura cuplarea generatoarelor in paralel la o diferenta de frecventa de (0,1-2) Hz, timpul de mentinere a contactului (40-140) ms, cuplarea generatorului facandu-se cu precizie de ±7 grade electrice.

2 APARATUL DE PUNERE IN PARALEL APP-1

Aparatul de putere in paralel APP-1 realizeaza sincronizarea semiautomata a

generatoarelor sincrone trifazate. Operatorul regleaza tensiunea si frecventa generatorului si cuplarea sincronizatorului, cuplarea generatorului la bare facandu-se in momentul coincidentei de faza intre tensiunea de la bare si cea a generatorului.

Fixand timpul de actionare a automatului sincronizatorul va da o comanda de inchidere in avans fata de coincidenta de faza. Comanda de cuplare va fi data doar daca s-au indeplinit urmatoarele conditii:

- diferenta de tensiune este intre limitele fixate;

- diferenta de frecventa nu depaseste valorile admisa;

- este realizata coincidenta de faza;

- exista tensiune pe toate cele trei faze.

Aparatul este construit cu circuite integrate si tranzistoare cu siliciu, toate deciziile fiind luate in circuitele electronice, si singurul aparat cu contacte mobile fiind contactorul de la iesire intercalat in circuitul de cuplare al bobinei de anclansare al intreruptorului automat al generatorului.

In cele ce urmeaza sunt specificate caracteristicile tehnice ale acestui aparat:

- tensiunea de alimentare 380 V cu variatii admise, cuprinse intre - 1 0 % si + 6%;

- frecventa nominala 50 Hz cu variatii de ±5 %;

- diferenta de tensiune dintre bare si de fazele generatorului ±15 %;

- precizia cuplarii generatorului ±7 grade electrice;

- diferenta de frecventa (0,1-2) Hz;

3 DESCRIERE Sl MOD DE FUNCTIONARE

Aparatul de sincronizare primeste informatiile de tensiune si frecventa prin barele R' si S' de la generatorul ce va fi cuplat si R, S de la barele T P D .

Cele doua tensiuni de la intrare formeaza un semnal forma triunghiulara cu urmatoarele proprietati:

- amplitudinea semnalului este independenta de amplitudinea celor doua tensiuni sinusoidale de la intrare;

- valoarea instantanee a semnalului este proportionala cu variatia unghiulara a vectorilor celor doua tensiuni, varful negativ corespunzand coincidentei de faza iar cel pozitiv opozitiei de faza.

Pentru realizarea cuplarii la coincidenta de faza, comanda de cuplare trebuie sa se dea

cu un avans de timp necesar cuplarii releului aparatului si a automatului generatorului, iar

aceasta decizie sa fie luata numai daca diferenta dintre cele doua tensiuni, in valoare absoluta, se incadreaza in limita reglata de operare iar alunecarea dintre cele doua frecvente este suficient de joasa limitata de operator. Pentru a fi executate corect , aceste operatiuni necesita cunoasterea precisa a alunecarii si evolutia relativa a fazelor. Evolutia relativa a fazelor este cunoscuta prin semnalul de forma triunghiulara care defineste deviatia unghiulara dintre vectorii de tensiune.

Panta semnalului caracterizeaza apropierea sau departarea de coincidenta de faza, prin semnul negativ s a u pozitiv pe care il are. Orice variatie a pantei semnalului indica o variatie de frecventa si deci variatia alunecarii S.

In raport cu timpul de inchidere al automatului pentru anticiparea corecta a cuplarii la

coincidenta de faza alunecarea este

4 DESCRIEREA SCHEMEI BLOC

Schema bloc a aparatului de putere in paralel a generatorului este prezentata in figura 1.

Informatiile de tensiune si frecventa de la bare si de la generator intra in blocul logic BL, functia SAU - NU avand rolul de a furniza la iesire impulsuri de amplitudine constanta si al caror durata depinde de diferenta de faza. Aceste impulsuri sunt integrate de cele doua filtre F1 de tip 'cu castig redus' si amplificare in curent. La iesirea repetorului R1 se obtine un semnal triunghiular cu amplitudinea de 26 V c c . Axarea corecta a acestui semnal se face prin BL1-R216.

Prin diferentierea semnalului, in etajul D1, se obtine o tensiune proportionala cu diferenta de frecventa dintre bare si generator. Aceasta tensiune este amplificata corespunzator de amplificatorul A1 si apoi este adunata cu semnalul triunghiular in sumatorul intrand apoi in comparatorul C1 unde este comparata cu o tensiune corespunzatoare unei diferente de frecventa foarte joasa.

In functie de diferenta de frecventa si de pozitia potentiometrului T, tensiunea la iesirea sumatorului va creste rezultand la iesirea comparatorului C1 un impuls al carui front, va anticipa cu un timp constant cuplarea in faza, indiferent de diferenta de frecventa.

Pentru limitarea diferentei de frecventa se foloseste o tensiune proportionala cu aceasta diferenta, obtinuta prin diferentierea in etajul D2 si prin filtrare in F2, care se compara in C2, pentru o anumita pozitie a potentiometrului T corespunzator limitei maxime, de frecventa.

Conditia de diferenta de tensiune se realizeaza prin diferenta Ue-Ur , amplificata in A si comparata intr-un comparator dubla alternanta C3 .

Temporizatorul T permite intrarea in functiune cu intarziere a aparatului ce comanda

stabilizarea regimului de functionare la conectarea concomitenta a retelei si generatorului.

Cele trei semnale intra in blocul logic BL2 care indeplineste urmatoarele functii:

- impulsul de comanda al contactorului poate trece mai departe daca este indeplinita conditia de tensiune si de frecventa;

- impulsul de cuplare odata pornit, conditiile de tensiune si frecventa nu mai au influenta asupra duratei impulsului.

Acest impuls este amplificat in A3 si comanda cuplarea unui contactor D1 care la randul sau comanda automatul generatorului pentru cuplarea la bare.

5 DESCRIEREA SCHEMEI EIECTRICE DESFASURATE

Informatiile primite de la bare si generator in amplitudinea si faza semialternantelor, care au aceiasi functie, fiecare lucrand pentru a semialternanta corespunzatoare bratului

secundarului transformatorului de retea (fig.2).

Acest etaj realizeaza functia SAU-NU. Impulsurile obtinute la iesire au durata 0,5 T-ti, unde ti este diferenta de timp aplicata celor doua intrari. Tensiunea medie la iesire va fi

pentru 0<f<rr. Voc constituie tensiunea de alimentare a montajului iar cp este defazajul dintre cele doua semnale.

Functia de transfer V=f(φ), pentru viteza de variatie a defazajului constanta, este o forma de unda triunghiulara (fig. 3).

Transformatoarele TR1 si TR2 sunt legate in antifaza.

Prin caracteristicile sale, etajul este un indicator de defazare tensiunea maxima la iesire obtinandu-se cand tensiunile de la intrare sunt in faza. Adaugarea etajului SAU--NU similar cu circuitul integrat IC 202 mareste tensiunea medie la iesire de doua ori si usureaza filtrajul semnalului obtinut in final. Panta formei de unda triunghiulara este proportionala cu diferenta de frecventa a semnalelor la cele doua intrari.

Tensiunea masurata pe rezistenta R217 este de 26 V iar la intrare sunt prezente

semialternante de la secundarul transformatorului 380/220 V.

Semnalul sub forma de impulsuri de la iesirea etajului, ce contine circuitele integrate IC 201 si IC 202, este filtrat prin filtrul trece jos (fig 4). Acest filtru este de tipul celor active cu 'castig redus' intrucat elementul amplificator IC 205 lucreaza ca repetor. Acest filtru are urmatoarele caracteristici:

- nu inverseaza semnalul de iesire;

- are rezistenta de intrare mare;

- la iesire prezinta o rezistenta mica, asigurand conectarea in cascada.

Frecventa de taiere este data de formula

si este de 22 Hz. Intarzierea datorata celor doua filtre este de aproximativ 20 ms.

Dupa cele doua filtre urmeaza un repetitor care asigura puterea necesara pentru folosirea in diferite scopuri a semnalului de forma triunghiulara. Una dintre utilizarile acestui semnal este indicarea alunecarii prin dioda luminiscenta D211.

Polaritatea negativa a semnalului triunghiular face ca tranzistorul T203 sa conduca si prin acesta, dioda D211.

Reglajul limitei de frecventa se realizeaza cu etajul ce contine circuitul, integrat IC 207 si componentele sale (fig 5).

Functie de marimea diferentei defrecventa, grupului IC207-R228 va livra o tensiune

proportionala cu aceasta care dupa ce este filtrata de diodele D206 si D200 se compara cu

nivelul dat de rezistenta variabila Rv202. Daca nivelul de tensiune continua de la intrarea 5 este mai mic decat cel de pe intrarea 4, atunci la iesirea 1 rezulta un nivel de tensiune de 5 V, nivel corespunzator lui '1' logic.

La nivelul de 5V este autorizata pornirea impulsului de cuplare a contactorului. Reglajul duratei impulsului si corectia functiei de frecventa se realizeaza cu etajele ce contin circuitele integrate IC 203 si IC 208 (fig. 6).

Tensiunea de forma triunghiulara aplicata grupului C204-R224 da la intrarea

amplificatorului neinversor IC 203 o tensiune alternativa de forma trapezoidala a carei

amplitudine este proportionala cu diferenta de frecventa, iar trecerile prin zero corespund cu varfurile tensiunii de forma triunghiulara.

Tensiunea de forma trapezoidala, dupa o amplificare prealabila in IC 203, se aduna cu

tensiunea de forma triunghiulara dupa o anumita lege functie de valorile rezistentelor R224 siR225.

Etajul ce contine circuitul integrat IC 206 are functia de integrator comparator. Pentru o anumita diferenta de frecventa, modificand pozitia cursorului rezistentei variabile Rv201 spre punctul cald, se creste diferenta de frecventa, crescand astfel si amplitudinea semnalului la intrarea comparatorului ceea ce inseamna ca distanta dintre varful corespunzator coincidentei de faza pe semnalul de forma triunghiulara si nivelul de comparatie al comparatorului creste, crescand si timpul corespunzator.

La iesirea comparatorului vom avea un impuls al carui front se departeaza anticipand un timp prestabilit, fata de coincidenta de faza a semnalului de forma triunghiulara.

Temporizatorul (fig. 7) are rolul de a conditiona intrarea in functiune a blocului logic si in final a aparatului de sincronizare prin alocarea unui timp in care toate etajele sa aiba conditii normale de lucru imediat dupa conectarea aparatului la retea. Ei foloseste un grup R215-C203 care alimenteaza de la transformatorul generatorului si un comparator de nivel de tensiune, nivel reglat din rezistentele R212-R213. Etajele comparator si amplificator sunt prezentate in figura 8.

Comparatorul se compune din diodele redresoare D106, D111, D112 filtrul RC (R205, C107, R106, C108) si respectiv R107, C108, R108, Rv101.

Diferenta dintre cele doua tensiuni se aplica in etajul cu circuitul integrat IC 101, apoi este trecut prin comparatorul dubla alternanta al carui nivel de comparare este de circa 0,7 V.

Pentru a rezulta nivelul logic '1' la iesire, diferenta tensiunilor de alimentare, in valoare absoluta, trebuie sa fie sub o anumita limita reglata cu Rv102. in acest caz intrarea 4 a circuitului integrat IC102 va avea -0,7 V iar la intrarea 5, +0.7V. Din rezistenta Rv101 se comanda anularea tensiunii la intrarea amplificatorului cand cele doua tensiuni sunt egale.

Circuitul pentru semnalizarea prezentei tensiunii este prezentat in figura 9.

In concluzie, conditiile ce trebuie satisfacute pentru a se autoriza emiterea impulsului de cuplare sunt.

- conditia de limitare a diferentei de frecventa la iesire daca diferenta este mai mica decat limita reglata cu Rv102;

- prin satisfacerea conditiei impusa de diferenta de tensiune dintre bare si generator, in valoare absoluta, rezulta +5V la iesire daca diferenta de tensiune este mai mica decat limita reglata cu Rv102;

- conditia de prezenta a fazelor si sigurantelor de la transformatoarele de alimentare ale

aparatului. Daca s-a ars una din sigurante (e101 sau e102) sau a disparut una din faze, dioda D118 se aprinde si este pus la masa semnalul dat de comparatorul de tensiune.

Temporizatorul pune la masa tensiunea data de comparatorul de tensiune atat timp cat

nu a comutat circuitul integrat, IC 204. Blocul logic (fig. 10) primeste impulsul pentru

declansarea contactorului. Functionarea blocului logic este urmatoarea:

- daca a=1 si b=0, atunci c=0;

- daca in timp ce a=1, b trece in '1' logic, atunci a ramane 1;

- daca a=1 si b=1, atunci c=1.