Сабақтың тақырыбы «Генераторды қорғау»

Қазақстан Республикасының білім және ғылым Министрлігі

Министерство образования и науки Республики Казахстан

«Электротехника колледжі» КМҚК

«Бекітемін»

«Утверждаю»

Мүдірдің оқу жұмысы

жөніндегі орынбасары

Заместитель директора

по учебной работе

__________Иванько Т.Г.

АШЫҚ САБАҚТЫҢ

ӘДІСТЕМЕЛІК ЗЕРТТЕМЕСІ

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ОТКРЫТОГО УРОКА

Пән Релелік қорғаныс және электр автоматикасы_________________________

Предмет

Сабақтың тақырыбы «Генераторды қорғау»

Тема уока

Оқытушы ________Саметова Г.Т._______________________

Преподаватель

Электр энергетикалық циклдегі

пәндердің ПЦК мәжілісінде

қарастырылған

Рассмотрено на заседании

ПЦК предметов электроэнер- гетического цикла

Хаттама/ протокол №___от «__» ___2011г.

ПЦК меңгерушісі / зав. ПЦК Рахимжанова М.Т.

Семей-2011ж.

«Релелік қорғаныс және электр автоматикасы» пәнінен ашық сабақ

Оқытушы: Саметова Г.Т.

Топ: ЭПП-335

Мерзімі: 28.12.2011 ж.

Сабақтың тақырыбы: Генераторды қорғау.

Сабақтың мақсаты:

Білімділік: Оқушыларға генератордың ұғымы, олардың атқаратын қызметі жайлы жалпы түсінік беру және қорғау түрлері.

Тәрбиелік Оқушылар пәнге, таңдаған мамандықтарына деген сүйіспеншіліктерін арттыру, білімге қызығушылыққа, қарым - қатынас арқылы сөйлеу мәдениетін қалыптастыруға, өз ойын толық жеткізе алуға, ұйымшылдыққа, бірін-бірі тыңдай білуге, талаптылық пен шығармашылыққа баулу.

Дамытушылық: Генератор жайлы оқу барысында оқушылардың білімдерін тереңдету, логикалық ойлау қабілеттерін, қызығушылығын дамыту.

Сабақтың типі: Жаңа тақырыпты меңгеру сабағы

Сабақтың түрі: Сайыс элементтерімен дәріс сабағы

Пән аралық байланыс:

1. Электротехниканың теориялық негіздері «Айнымалы тоқ»

2. Өнеркәсіптік кәсіпорындарды электрмен қамтамасыздандыру «Электрлі станциялармен қосалқы станциялардың белгілеуі және типтері»

3. Электр беріліс желілерінің, қосалқы станциялардың және тарату тораптарының электржабдығы «Электрлі станциялармен қосалқы станциялардың негізгі электр жабдықтары»

4. Электрлік машиналар мен трансформаторлар «Айнымалы ток генераторы»

Сабақтың көректі құрал-жабдықтары:

Оқу көрнекілік құралдар: эпиграф, фильм «Генератор. Қорғау түрлері», тест, презентациялық слайдтар, П.Н.Яблочков, Никола Тесла, И.Ф.Усагин портреттері, буклеттер, бағалау парағы, баға критериі.

Техникалық құрал-жабдық: компьютер; проектрлі теледидар.

Үлестірме материалдар: Карточкалар ГҚ-20, тест тапсырмалары

Әдебиеттер:

Негізгі әдебиет: «Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электростанций и электрических сетей. Часть 2. Реле дифференциальных, направленных и фильтровых защит» М.«Энергия»2005.

Қосымша әдебиет: Н.В.Чернобровов «Релейная защита» М.«Энергия»1974.

«Адамзат үшін 21-ғасыр жаңа технологиялардың ғасыры болмақ, ал осы жаңа технологияларды жүзеге асырып, өмірге енгізу, игеру және жетілдіру - бүгінгі білім алушылардың міндеті».

Н.Ә.Назарбаев

Сабақтың барысы

№

Сабақтың кезеңдері

Уақыт

мөлшері

Жұмыстың түрі

Қатысушылар

І

Ұйымдастыру кезеңі

3 мин.

Оқушыларды тізім бойынша түгендеу

Сабақ мақсатымен таныстыру.

оқытушы

ІІ

Өткен оқу материалын қайталау

15 мин.

«Ой қозғау»

оқытушы

оқушылар

ІІІ

Жаңа тақырыпты меңгеру

Жоспар

1. Генератор туралы жалпы мәлімет

2. Тарихи шолу

3. Айнымалы тоқ генераторы

4. Генераторларды қорғау түрлерін талдау

5. Генераторды қорғау

47 мин.

Видиофильмді көрсету «Генератор. Қорғау түрлері», электронды презентация

П.Н.Яблочков, Никола Тесла,

И.Ф.Усагин өмірі жайлы

Видиофильмді көрсету

Тапсырма зертемесі

Генераторды қорғау сызбасын қортындылау

оқытушы

оқушылар

оқушы

оқушылар

оқытушы

ІV

«Талдау» бөлімі

20 мин

Тест шешу

Бір-бірлерін тестерін тексеру

Есеп шығару

оқытушы

оқушылар

V

VІ

Қорытынды

Үйге тапсырма беру

4 мин

1 мин

Оқушы білімін бағалау

1. 157 бет: «Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электростанций и электрических сетей» М.«Энергия»2005.

2. 446 бет: Н.В.Чернобровов «Релейная защита» М.«Энергия»1974.

2. Тест құрастырып келу

оқытушы

оқытушы

Сабақтың барысы.

І. Ұйымдастыру кезеңі.

Оқушылармен сәлемдесіп, топты түгелдеу. Оқушыларды сабақтың

мақсатымен таныстыру.

ІІ. Өткен оқу материалын қайталау

«Ой қозғау»

Сандардағы жасырын сұрақтарға жауап беру

ІІІ. Жаңа тақырыпты меңгеру

(түсіндіру барысында фильм, презентациялық слайдтар көрсетіліп отырады.)

Сабақтың тақырыбы: Генераторды қорғау.

1. Генератор туралы жалпы мәлімет

2. Генераторларды қорғау түрлері

3. Генераторды қорғау сызбасын қортындылау

1. Генератор туралы жалпы мәлімет

Генератор өндіретін ток статордың орамасынан қозғалмайтын шиналар арқылы электр энергиясының желісіне беріледі.

Электр Генераторы - әр түрлі энергияны (механикалық, химиялық, жылулық, жарық) электр энергиясына түрлендіруге арналған құрылғы.

Химиялық энергия электр энергиясына гальвани элементі, жылу энергиясы - термобатарея мен магниттік гидродинамикалық генератор, ал жарық энергиясы - фотоэлемент арқылы түрленеді;

Тоқ генератордың түрлері:

Айнымалы ток генераторы

Тұрақты ток генераторы.

А) П.Н.Яблочков өмірімен таныстыру (оқушы хабарламасы)

Б) И.Ф. Усагин өмірімен таныстыру (оқушы хабарламасы)

В) Никола Тесла өмірімен таныстыру (оқушы хабарламасы)

2. Генераторларды қорғау түрлері

Ротордың бұзылуы

Генератор роторының орамы жоғары емес кернеулерде болады(300-500 В), сондықтан статорлық орам оқшауламасына қарағанда оқшауламасының беріктілік қоры үлкен болады. Бірақ үлкен айналу жиілігінен (1500-3000 айн/мин) болатын ротор орамдарының жұмысының ауыр механикалық шарттарынан оқшауламаның зақымдалуы және ротор орамының бір немесе екі нүктеде корпусқа тұйықталуы салыстырмалы түрде жиі байқалады.

Ротор орамының бір нүктесінде корпусқа тұйықталуы қауіпті емес, өйткені тұйықталған жердегі тоқ нөлеге тең және генератордың қалыпты жұмысы бұзылмайды. Бірақ бұл кезде қозу тізбегінің басқа нүктесінде екінші тұйықталу жағдайында генераторға қауіпті апаттық режим туындау мүмкін.

Қос тұйықталуда ротор орамының таралуларының жартысы шунтталып (қысқарып) қалады; бұл кезде ротор тізбегіндегі кедергі төмендейді, онда жоғары ток туындайды. Бұл ток ротор орамын және оны қоректендіретін қоздырғышты қыздыру зақымдалу орында әрі қарай да бұзады және ротор оқшауламасының жандырып жіберуі мүмкін.

Сонымен қатар, ротор орамының тарамдарының бір бөлігінің тұйықталуынан ротор мен статор арасындағы ауа өткеліндегі магнит ағысының симметриялығының бұзылуынан күшті механикалық діріл туындайды. Бұл генератор үшін қауіпті. Айқын полюсті роторлары бар сугенераторлар мен синхронды компенсаторларындағы жерге қос тұйықталуда әсіресе үлкен және қауіпті діріл пайда болады.

Сондықтан сугенераторлар мен ірі СК-ға ротордағы бірінші жерге қосылуды дабылдайтын қорғанысты орнатқан жөн. Бұл қорғаныс іске қосылған кезде-зақымдавлуды жою үшін гидрогенератор тоқтатылады. Турбогенераторлар үшін қос тұйықталу қауіпі аз, сондықтан роторды бірінші тұйықталу болғанда турбогенераторлар жұмысы жалғаса береді. Жұмыс істеп тұрған генераторды оқшауламасын периодты түрде өлшегенде ротордағы жерге тұйықталу байқалады.

300 мВт және одан да қуатты турбогенераторларды ротор оқшауламасын үздіксіз бақылауды жүзеге асыратын қорғанысты орнатқан дұрыс болады.

Турбогенераторларды ротор орамының корпусқа бірінші тұйықталуында жерге қос тұйықталу қорғанысы орнатылады. 200мВт және жоғары қуатты генераторларда қорғаныс ажырату әрекетімен орындалады.

Қуаты аз генераторларда қорғаныс дабылға әсер ететіндей етіп орындалады.

Қалыпты емес режимдер.

Генератордың қалыпсыз режимі болып саналады статордағы немесе ротордағы токтың номиналды мәнінен қауіпті жоғарылауы, статор фазасының симметриялы емес жүктемесі, статордағы кернеудің қауіпті жоғарлауы, генератор жұмысының асинхронды және қозғалтқышты режимдері.

Қалыпсыз режимдердің қысқа себептері мен сипаты генератордағы жоғарғы токтар сыртқы қысқа тұйықталу немесе артық жүктелулерде туындайды.

Зақымдалу орнын қоректендіретін генератордағы сыртқы қ.т (қысқа тұйықталу) тогы туындайды I_кI_норм.г. Мұндай қ.т зақымдалған элемент қорғанысымен жойылу генератор үшін қауіпсіз болады.

Бірақ осы элементтің қорғанысы немесе сөндіргіштері қосылмай қалғанда генератордағы қ.т тогы оның орамдарын жылыта отырып ұзақ уақыт өтеді. Қыздыру жоғарылап кеткенде орам зақымдалуы мүмкін. Мұндай зақымдалуды болдырмау үшін генераторды ажырату керек.

Бұл мақсат үшін генераторларда сыртқы қ.т шағылатын қорғаныспен жалғасқан элементтердің сөңдіргіштері мен қорғаныстардың қосылмай қалуын резервтейтін қорғаныс түрлері қарастырылуы тиіс.

Генератордың артық жүктелуі - жүйенің параллель жұмысын жасайтын генераторларының бөлігінің бөлініп кетуі немесе ажыруының нәтижесінде болады; тұтынушылрдағы өңдірістік процесстердің техналогиясынан туындайтын жүктеменің қысқа мерзімді ырғауларынан болады қозғалтқыштың өздігінен қосылуынан, синхрондықтың бұзылуы, генератордағы қозудың жоғалуы жіне соған ұқсас себептерден туындайды. Артық жүктелу, яғни генератор орамдағы жүктелу тоғының номиналды мәнінен артуы I_кI_норм.г, сыртқы қ.т сияқты орамды қыздырады және температура мәні оқшаулама үшін қауіпті мәнінен артса оқшауламаны бүлдіреді. Артық жүтелу тогы өткенде - ток I_г шамасына байланысты біршама уақыттан кейін t_доп оқшаулама температурасы шекті мәніне жетеді (15,1- суретте көрсетілген . Артық жүктелудің рұқсат етілген ұзақтығының t_доп генератор тогының қысқалығының I_г оқшаулама I-ном қатынасына тәуелді). Бұл байланыстың t_доп =f(I_г /I_ном) сипаты 15,1-суретте көрсетілген.

Жанама салқындатылатын генератор үшін рұқсат етілген уақыт

t_доп =150/k²-1 формуласымен анықталады.

Өлшемдері мен массасы шектеу үшін, бағасын төмендетумен қатты материалдардың шығынын азайту үшін қуатты генераторлардың магнит өткізшгішіндегі магнит индукциясы жоғары етіліп статор мен ротор орамдарында ток тығыздығы жоғары.

Термиялық қорымен төмендетілген және осының салдарынан суыту жүйесі неғұрлым қарқынды етіп орындалады.

Статор мен ротор орам өткізгіштерінің ішкі суыту ортаны (су, май, сутегі) берумен жүзеге асатын орамдарды тікелей суыту жүйесін қабылдайды. Суытатын орта орам өткізгіштерінің ішіндегі арнайы каналмен айналып отырады.

Қуатты генераторлардың артық жүктелуінің рұқсат етілген уақыты суыту түріне байланысты статор орамдарының берілгендері 15-1кестеде келтірілген, ротор орамдары үшін 15-2 кестеде келтірілген.

Артық жүктелген генераторпларды ажырату жағдайы жүктелуді реттеу нәтиже бермей, артық жүктелу уақыты рұқсат етілген мәнінен асып кетеді.

Айтылғандарды есепке ала отырып кезекшісі бар электр станциаларындағы генераторларды артық жүктелуден қорғау дабылдарға әсер ететіндей етіп орнатылады. Автоматтандырылған электр станцияларында артық жүктелуден қорғау ажырату әрекетімен немесе артық жүктелудің рұқсат етілген уақыты өткенше генератор жүктемесін реттейтіндей етіп жасалады. Қорғанысты осыған ұқсас етіп жасау қуатты генераторлар үшін де қажет , өйткені бұл генераторларда 30 пайыздан асатын артық жүктеулерде t_доп мәні аз және кезекші өз мезгілінде жүктемені реттеп үлгермейді.

Симметриялы емес токтар

Генератор фазаларындағы токтардың симметриялы еместігі генератордан тыс екі фазалық және бір фазалық қысқа тұйықталуда генераторды жүктемемен жалғастыратын тізбектің бір немесе екі фазасының үзілуі кезінде, және де тораптағы толық фазалы емес жұмыс режимінде туындайды. Токтардың симметриялы еместігі ротордың қосымша қызуына және машинаның механикалық діріліне әкеп соқтырады.

Симметриялы еместік статор орамдарында кері тізбекті токтың пайда болуымен қатар жүреді. Бұл токтарда фаза кезектесуі кері болады ротор айналуына қарама-қарсы жаққа қарай айналатын магнит өрісін тудырады. Осының нәтижесінде I₂ тоғымен туындаған ағыс ротор корпусын 2-есе жылдамдықпен кесіп өтеді. Ол ротордың металл бөліктерінде қос жиілігі бар шаманы құйынды токтар туғызады. Құйынды токтар ротордың аса жоғары қызуын болдырады ол пульсациялайтын момент машинаның айналатын бөлігінің дірілін тудырады.

Токтардың симметриялы еместігі қазіргі турбо және гидрогенераторлары үшін қауіпті, өйткені олардағы жылу қоры төмен болады. I₂=0.3*I_норм.г болғандағы тікелей суытылтын қуатты генераторлар үшін t_доп уақыты салыстырмалы түрде аз 2 мин артық жүктемелерде генераторларды симметриялы емес режимде қорғайтын автоматтық құрылғы қажет етеді.

Қуаты аз 30-60 мВт жанама суытылатын ротор қызуы бойынша үлкени қоры бар генераторларда рұқсат етілген уақыт көп болғандықтан олар үші автоматты ажырату I₂=0.5*I_норм.г тоқтарында ғана қажет.

Генератор қорғанысына қойылатын жалпы талаптар

Генераторларда ішкі зақымдалулардан қорғайтын және генератор зақымдалуын болдыратын қауіпті қалыпсыз режимдерден қорғайтын қорғаныс орнатылады. Шапшан ажыратуды талап етпейтін генератордың қалыпсыз режимдерінде қорғаныс, ереже бойынша дабылға әсер етуі керек. Осы дабылға байланысты кезекші генераторларды ажыратпай-ақ қалыпты емес режимді жою шараларын жүргізуі керек.

Тұйықталған қалыпты емес режимді жоюға болмайтын ал оның ары қарай жалғасуы генератордың зақымдалуына әкелетін кезде ғана генераторлар да автоматты ажырату пайдаланылады.

Генераторда туындаған зақымдалуды болдырмау үшін ішкі зақымдалу қорғаныстары басты сөңдіргішті ажырату арқылы генераторларды тораптан бөлуі керек, және өрісті басу автоматты ажырату арқылы ротор орамындағы тоқты қысқартуы керек. Сөңдіргішті ажыратумен тораптан зақымдалған генераторға өтетін зақымдану тоғы I_k¹ тоқтатылады. Бірақ генератордың э.қ.к жүретін I_k² тоғының зақымдалу орнынан өтуі жалғасады. АСГ-нің ажырауымен ротор тоғының I_рот. тізбегі үзіледі. Осының нәтижесінде ротор ағысы жоғалады және онымен бірге генератор фазасындағы тудырған ЭҚК жоғалып кетеді.

Бір мезгілде АСГ 2 блок түйіспесі қоздырғыштың АСГ ажырауына әсер етеді. Оның 3-ші түйіспесі R АСГ кедергісін қоздырғыштың қоздыру тізбегіне еңгізеді. Сонымен қатар ауалы суытылатын генераторларда оқшаулама өртенуін сөңдіру үшін генератор камерасына қолмен бу немесе су беріледі, немесе ішкі зақымдалуларда әрекет ететін қорғаныстан СО₂ автоматты түрде беріледі. Сутегі бар суытылатын генераторларда өрт сөңдірудің арнайы шаралары пайдаланылады, өйткені сутегі жануды болдырмайды. Маймен суытылатын генераторларды өрт сөңдіретін арнайы құрылғы қажет, бірақ бұндай қондырғылар әлі жетілдірілуде.

Ішкі қысқа тұйықталудан қорғаныстар - генератордың торапқа беретін қысқа тұйықталу тоғын тоқтату үшін генератор сөңдіргішін ажыратуы тиіс және де жүктемені салдарынан генератор қыспаларындағы кернеудің көтерілуін білдіру үшін САГ-ды ажырату керек.

1 - АСГ-нің ажырауымен ротор тоғының I_рот. тізбегі үзіледі.

2- Бір мезгілде АСГ 2 блок түйіспесі қоздырғыштың АСГ ажырауына әсер етеді.

Оның 3-ші түйіспесі R АСГ кедергісін қоздырғыштың қоздыру тізбегіне еңгізеді.

Статор орамындағы фаза аралық қысқа тұйықталудан қорғаныс.

Қорғаныстың тағайындалуы және орындалудың жалпы принциптері.

Генератордағы фаза аралық негізгі қорғаныс ретінде шапшан әрекетті дифференциалды қорғаныс пайдаланады. Генератор бір фазасы үшін дифференциалды қорғаныс 15-3 суретте көрсетілген.

Қорғаныстың әрекет принципі статор фазасының орамының басы мен аяғындағы токтардың I₁ және I₂ шамасы мен фазаны салыстыруға негізделген. Осы мақсатпен статор орамының екі жағында ТІ және ТІІ ток трансформаторлары орнатылады. Олардың трансформация коэффициенттері бірдей n_ТІ = n_ТІІ . Олардың екіншілік оралуы әрі полюстерімен тізбектей жалғанады.

Дифференциалдық реле Р ток трансформаторларының екеуінің де екіншілік орамына паралелль жалғанады.

Зонадан тыс қысқа тұйықталу К₁ нүктесі I₁ және I₂ біріншілік токтарының шамалары жағынан тең және бір бағытқа бағытталған. Реледегі екіншілік ток

I_р=I_1в - I_2в , ток трансформаторының қалтқысыз жұмысын орындайды I_1в = I_2в сондықтан I_р =0 қорғаныс жұмыс жасамайды.

Ток трансформаторының қателігінің салдарынан I_1в ≠ I_2в пайда болады.

I_р= I_нб=I_1в - I_2в Қорғаныстың жалған жұмысын бауырмау үшін реле баланстық емес шартын қамтамасыз ету керек. Шарт I_с.з I_{нб.макс}

Жүктелуде біріншілік және екіншілік топтардың таралуы сыртқы қ.т. шарттарына сай келеді, I_р =0 ток пен қорғаныс әрекет етпейді.

Зонадағы қ.т. К₂ нүктесінде орамның екі жағындағы қ.т-дың біріншілік токтарыда қарама-қарсы бағытталған. Осының нәтижесінде реледегі екіншілік токтар қосылады

I_р=I_1в + I_2в егерде I_р I_с.з болса реле әрекет жасайды. Қ.т тоқтату үшін қорғаныс генератор сөндіргіші мен АСГ-ды ажыратуы керек.

Үш және екі фазалы қорғаныстар

Генератордың дифференциалды қорғанысы фаза аралық қ.т. әрекет етуге тағайындылады. Ол екі фазалы сұлбада орындалуы мүмкін. Бірақ жерге қос тұйықталу болғанда екі фазалы қорғаныс генератор ажыратуын қамтамасыз ете алмайды. Егер тұйықталудың бірі К₁ торапта туындаса дифференциал қорғанысы бар. Ал екінші қорғанысы жоқ генератордың В фазасындағы К₂болады. 15-4 суретінде көрсетілген токты таратудан көрінетіндей А фазасынан өтетін қ.т. тоғы өтпелі, сондықтан бұл фазаның диф.-алды релесінде I_р =0 әрекет етпейді. Генератор зақымдалуы болған фазада қорғаныс жұмысын атқарар еді, бірақ ол бұл фазада орналаспаған.

Жерге екі мәрте тұйықталу генератор зақымдалуының қауіптітүрі шапшаң ажыратуды талап етеді.

Мұндай зақымдалу шапшаң ажырату үшін генератордың дифференциалды қорғанысы үш фазалы етіп орындалуы керек. Ток трансформаторларын үнемдеу мақсатында генератор қорғанысын екі фазалы етіп орындауға болады. Бұл кезде қорғаныс екі мәрте тұйықталуды ажырататындай етіліп орындалуы керек. 100 мың кВТ және одан да жогары генераторда олардың қорғаныс сенімділігі қамтамасыз ету үшін диф.қорғыстың үш фазалы сызбасын пайдаланған жөн.

ІV. «Талдау» бөлімі

1. Тест шешу (оқушылар өз деңгейлеріне сай тест тапсырмаларын таңдайды)

2. Есеп шығару (тақтада екі оқушы есепті шығарып түсіндіру)

V. Қорытынды.

Сабақты қорытындылап, бағалау парағы мен баға критериі бойынша оқушы білімі бағаланады.

VІ. Үйге тапсырма беру:

1. 157 бет: «Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электростанций и электрических сетей» М.«Энергия»2005.

2. 446 бет: Н.В.Чернобровов «Релейная защита» М.«Энергия»1974.

3. Тест құрастырып келу