Připojování asynchronního generátoru do sítě:




S problematikou připojování asynchronního generátoru k distribuční síti za účelem výroby el. energie se setkala většina provozovatelů malých vodních i větrných elektráren. Samotný asynchronní generátor potřebuje pro svoji činnost jalovou energii, kterou má k dispozici až po připojení k síti. Připojení asynchronního generátoru k síti proto nutně vyvolá proudový ráz, jehož velikost je dána konstrukčními parametry generátoru a jeho stavem v momentě připojení k síti. Přímé připojení asynchronního generátoru k síti může vyvolat proudový náraz rovnající se 7 až 10ti násobku jeho jmenovitého proudu. Proudové rázy jsou nežádoucím jevem, který zhoršuje parametry el. energie v distribuční síti. Snahou provozovatelů distribučních sítí je tyto negativní vlivy maximálně omezit tím, že nepřipojí do sítě výrobnu, která nesplňuje podmínky provozovatelů distribučních soustav ( E.ON nebo ERU). Také zájmem každého výrobce je tyto proudové rázy omezit aby prodloužil životnost spínacích prvků a minimalizoval proudovou hodnotu hlavního jističe el. přípojky.

    Proudové rázy vyvolané připojováním asynchronních motorů ( generátorů ) do el. sítě jsou nejčastěji omezovány:
  • přepínačem Y/D ( hvězda / trojúhelník ).
  • připojením v synchronních otáčkách.

Nejmenšího proudového rázu lze dosáhnout připojením generátoru k síti v optimálním okamžiku, který je v přesně synchronních otáčkách s nulovým zrychlením. Tehdy je možno generátor připojit bez mechanických rázů, pouze s proudovým rázem jehož okamžitý průběh je dán rovnicí:

    Turbína
  • Um - Špičková hodnota fázového napětí [ V ]
  • Z - Impedance vinutí generátoru [ Ω ]
  • ω - Úhlový kmitočet [ rad s-1 ]
  • t - Okamžik připojení do sítě [ s ]
  • Ψ - Úhel sepnutí oproti ustálenému průběhu proudu [ rad ]
  • φ - Fázový posuv proudu oproti napětí [ rad ]
  • τ - Časová konstanta daná poměrem indukčnosti a odporu vinutí L/R [ s ]

Z uvedeného vztahu vyplývá, že nejmenší možný proudový ráz se rovná ustálené hodnotě jalového proudu generátoru, pokud dojde k sepnutí přesně v době napěťového maxima a proudového minima tohoto proudu. Ve skutečnosti jsou společně spínány všechny 3 fáze. Průběhy napětí jednotlivých fází jsou vzájemně posunuty o 120° ( 2π/3 ), proto vždy nejméně ve dvou zbývajících fázích mohou hodnoty proudu dosáhnout dvojnásobku ustálené hodnoty jalového proudu. Doba trvání přechodového děje je závislá na časové konstantě τ a může trvat až jednotky sekund. V praxi je obvykle proudový ráz větší, protože regulační agregáty nedokáží přesně stabilizovat otáčky a k jalovému proudu je přičten i proud činného výkonu mechanického rázu. Pro celkovou představu průběhu proudu v okamžiku připojení do sítě je uveden případ fázování asynchronního generátoru o výkonu 160kW, při přesně synchronních otáčkách s nulovým zrychlením. Aby byl zřetelný průběh přechodné složky proudu v měřítku uvedených grafů, je časová konstanta τ záměrně zmenšena.

    Parametry generátoru:

  • Výkon P = 160 kW
  • Napětí Un = 400 V
  • Proud In = 305 A
  • Otáčky n = 986 ot./min.
  • Cos φ = 0,8


L1

Průběh proudu v L1 po připojení v okamžiku proudového minima 5ms po průchodu napětí nulou. Proudová špička je nejmenší, dosahuje 245A a odpovídá špičkové hodnotě ustáleného proudu.


Turbína

Průběh proudu L2 v okamžiku sepnutí, kdy je ustálená složka L2 posunuta o 120° ( 2π/3 ) oproti L1. Proudová špička je největší , dosahuje 399A.


Turbína

Průběh proudu L3 v okamžiku sepnutí, kdy je ustálená složka L3 posunuta o 240° ( 4π/3 ) oproti L1. Proudová špička je 379A.


Turbína

V nejnepříznivějším okamžiku při sepnutí v maximu ustálené složky proudu, dosahuje špička proudového rázu hodnoty 422A.

Kam dál? Proudové rázy.