Pad napona motornih pogonaDosada nja razmatranja odnosila su se uglavnom na pad napona u vodovima, bez obzira na to jesu li to vanjski vodovi ili su kabeli. U rudniku e biti isklju ivo kabelska mre a, prema tome mo emo govoriti o padu napona u kabelima. Kod njih je va no tehni ki osigurati siguran zalet motora i pokretanje stroja, dok ekonomski zna aj pada napona i gubitaka u vodovima stavljamo u drugi plan. Izra eniji su tro kovi nabavke kabela od onih to nastaju zbog gubitaka energije. Pri pokretanju pogona na motoru nastaje ukupni pad napona, odnosno napon pada na vrijednost:

U M ! I p v Z M (V )Ip struja pokretanja motora ZM impedancija motora, koja iznosi Z M ! RM jX M

Ako je na priklju nom mjestu motora prije pokretanja bio nazivni napon Un, onda je u trenutku njegova pokretanja nastao pad napona:

(U ! U n U M UM napon na motoru Ta razlika napona je ukupan pad napona u cijeloj mre i, a sastoji se od ukupnog pada napona od izvora do potro a a. Ako se to prika e po du ini toka energije za jedan primjer rudni ke mre e, onda e utjecaj pada napona biti kao na slici:

Na ukupni pad napona utje e pad napona u kabelima i pad napona u transformatoru. Prema tome se uzima:

(U ! (U

V

UT

Pri emu je ukupni pan napona s obzirom na napon napajanja:

(U ! (U

rV

U XV (U rT (U XT

UrV i UXV parcijalni padovi napona zbog radne i induktivne komponente impedancije kablovskog voda UrT i UXT - parcijalni padovi napona zbog radne i induktivne komponente impedancije transformatora Pri tome izlazi:

(UrT ! I p cosN p v RT (U XT ! I p sinN p v XT

Gdje su Rt i Xt radni i induktivni otpor transformatora.

Pad napona u transformatoru izra unava se i na osnovu radne i induktivne komponente napona kratkog spoja, tako da je pad napona u transformatoru izra en u postocima:

u!

I p vU0 P T

(ur v cosN p ux v sinN p )? A %

U0 napon praznog hoda transformatora (kV) PT nazivna snaga transformatora (kVA) ur, ux komponente napona kratkog spoja transformatora (%) p fazni kut izme u napona i struje pokretanja motora Zna li se pad napona u vodovima i pad napona u transformatoru, poznat je i ukupni pad napona uz zanemarivanje utjecaja srednjonaponske mre e, osobito za male i srednje pogone. Tako e ukupni pad napona izra en u postocima biti :

3(Uv (Ut v100 % u! U

Poznavaju i padove napona u postocima, dobiva se za ukupni napon:

p ! pv

T

%

pv -ukupni pad napona u vodovima PT ukupni pad napona u transformatoru Ako u prora un uzimamo i pad napona u transformatoru, onda moramo ra unati s naponom praznog hoda kao s naponom napajanja umjesto nazivnog napona mre e. Napon e praznog hoda transformatora biti:

Uo ! 1 .05 v U % gdje je U nazivni napon mre e. Tako emo na motoru dobiti napon:

UM

p ! 1.05 v U 100

105 p U! vU V 100

Ili e pad napona s obzirom na nominalni napon U iznositi:

U UM

1.05 p ! U 1 V 100

to izra eno u postocima zna i odstupanje od nazivnog napona:

105 p u ! 3 1 100 % 100 Kod velikih pogona sa znatnim prividnim snagama i izrazito induktivnom impedancijom gdje je redovito rije o motorima priklju enima na mre u napona 11kV. Tako da prakti ki impedancija cijele mre e sudjeluje u formiranju pada napona. Tad e ukupni pad napona ovisiti o prividnoj snazi pokretanja i o ukupnoj snazi mre e, odnosno o snazi kratkog spoja mre e. Ukupni pad napona na sabirnicama na koje je priklju en motor kod pokretanja iznosi:U ! U 31 k p

V

ili

u !

100 1 P Pk p

%

U nazivni napon Pk snaga kratkog spoja mre e na sabirnicama:

k

! 3U v I kIII ( MVA )

SNAGA POKRETANJA

Snagu pokretanja ra unamo prema izrazu:

Pp ! 3 v U v I u ( MVA)Ip struja pokretanja motora (kA) U nazivni napon mre e (kV) Kod velikih padova napona u prora un treba uzeti i struju pokretanja:

U Ip ! (kA) 3 v ZMU (kA) 3 v ZM Z N

ZM impedancija motora ( /faza)

Me utim zbog utjecaja mre e struja pokretanja e biti ne to manja:

Ip !

gdje je ZN nadomjesna impedancija mre e

/fazi pa e snaga pokretanja iznositi:

Pp ! 3 v U v I p ( MVA )

Radi potpunijeg prikaza odnosa pada napona u velikim pogonima na dijagramu krivulja prikazuje pribli no utjecaj snage mre e s obzirom na snagu motora i na ukupni pad napona u pokretanju motora.

Dosada nja su se razmatranja odnosila na pokretanje jednog pogona priklju enog na neoptere enu mre u. Ako je kod pokretanja pogona mre a ve optere ena drugim potro a ima (dva pogonska motora velikih snaga) prora un pada napona postaje dosta slo en.

Tako emo pri pokratanju motora M1 imati sliku nadomjesnih impedancijan prema varijanti a), a pri pokretanj motora M2 varijantu b).

Ukupni e pad napona pri pokretanju motora M1 biti:

X M1 v sinN p XT X M (U1 ! I1 v sinN I pM1 v V X M1 X T X E I1 ukupno optere enje mre e prije pokretanja motora M1 IpM1 prora unska struja pokretanja motora M1 za nazivni napon XM1 reaktancija motora M1 XT reaktancija transformatora XN nadomjesna reaktancija mre e Ili izra eno u postocima:

100 v u ! U

3

v (U

1

%

Ovakav prora un moramo raditi samo ako je snaga ostalog optere enja jednaka nazivnoj snazi motora ili je ve a od nje.

Za najnepovoljnije pokretanje motora M2 to an se prora un znatno komplicira. eli li se provesti to an prora un treba izra unati sve radne i induktivne komponente struje te radne i induktivne komponente pada napona i odrediti sve parcijalne padove napona. Ukupni pad napona ra una se prema izrazu:

100 100 u ! Pk 1 Pk 2 1 1 P1 Ps 2

%

Pk1 snaga kratkog spoja na sabirnicama motora M1 (MVA) P1 ukupna prividna snaga optere enja na sabirnicama motora M1 u trenutku pokretanja motora M2 Pk2 snaga kratkog spoja na sabirnicama motora M2 (MVA) Ps2 - ukupna prividna snaga optere enja na sabirnicama motora M2 u trenutku pokretanja motora M2

Ukoliko je snaga kratkog spoja Pk2 zbog du ine kabela znatno manja od Pk1 moramo raditi to an prora un pomo u kompleksnog ra una izra unavaju i sve parcijalne padove napona zbog radnih i induktivnih komponenata struja i impedancija. To an se prora un provodi bez pojednostavnjenja pojedinih komponenata mre e pomo u tzv. Thevennove ili Nortonove ekvivalentne sheme mre e. Tu su impedancije mre e prema slici 225 prikazane u petlji svedenoj na jedan napon od 6kV za koji emo izra unati i impedancije mre e, ZN i ZT

Napon UM1 na i emo kao da je sve priklju eno, osim motora M1 kojeg pokre emo zadnjeg pa e pad napona pri pokretanju biti:

UA struja I :

M1

! U I Z N Z T

U 3 ZN ZT Zk ZM2 v Z2 ZM2 Z2

I !

Nakon to smo izra unali napon mre u mo emo prikazati shemom kao na slici 226b i na i struju pokretanja motora M1,koja e dati pad napona pri pokretanju:

UM1 I pM1 ! Z vZ ZT Zk 2 M2 ZN Z2 ZM2 ZM1 Z vZ ZT Zk 2 M2 ZN Z2 ZM2

Z2 vZM2 N ZTZk Z Z Z M 2 2 ( M1 !IpM U 1 Z2 vZM2 ZN ZT Zk Z2 ZM2

Uzmu li se samo induktivne komponente mre e, simboli ni ra un prelazi u obi ne ra unske operacije i postaje jednostavan.

Za pokretanje motora M2 mre u prema slici 225 prikazujemo kao na slici 227a. Prema njoj izra unamo (ili izmjerimo) napon UM2, i na osnovi njega shemu prika emo kao na slici 227b i prema njoj dobivamo uputnu struju motora M2 i pad napona kao i prora un po slici 226.

Struja pokretanja motora iznosi:

I pM 2 ! ZM 2

Z M 1 Z N Z T Z 2 Z k Z M1 Z N ZT Z M 1 Z N Z T Z2 Zk Z M1 Z N ZT Z M 1 Z N Z T Z 2 Z k Z M1 Z N ZT Z Z Z T Zk M1 N Z2 Z M1 Z N ZT

UM2

Pad napona na motoru M2:

(U M 2 ! I pM 2

I taj se ra un svodi na jednostavne ra unske operacije ako se sve impedancije zamjene induktivnim komponentama, to je primjer 6 kV-ne mre e mogu e uz minimalna odstupanja, ako je zanemariva potro nja to je izra ava impedancija Z2. To vrijedi za oba motora, M1 i M2.

Na kraju emo dat op i pogled u tablici 29 kako treba ra unati pad napona za pojedine pogone i koji dio impedancije mre e treba uzeti u prora un ukupnog pada napona. Ra unaju i pri tome pokretanje najnepovoljnijeg pogona, motora koji e pri pokretanju izazvati najve i pad napona. Motori snaga PM Uzima se kod prora una pada napona U vodovima od TS do mjesta prora una uz nazivni napon

M

e

T

10eT

sa Ip "4.5vIM transformatora

M

10"T

. sa Ip e45vIMsa I "4.5vI p M saP T 2

M

10"T

M

5

Ip e4.5vIM

U vodovima od TS do mjesta prora una uz nazivni napon transformatora U vodovima i u transformatoru ra unaju i od napona praznog hoda transformatora U vodovima i u transformatoru ra unaju i od napona praznog hoda transformatora U vodovima, u transformatoru i u vodu do sljede eg transformatora, ra unaju i od nazivnog napona Cijelu mre u, odnosno njezinu snagu na osnovi snaga kratkog spoja

P uP " T M

P " P max M T

DOPU TENI PAD NAPONAPad napona je ograni en: a) s tehni kog gledi ta: -da se motor sigurno pokrene, dakle da ima dovoljan pokretni moment -da ne do e do prevelikog kolebanja napona u mre i(udarac u mre i), i do djelovanja podnaponske za tite b) s ekonomskog stajali ta: -da nisu preveliki gubici energije i da nije smanjen efekt rada strojeva to mo e uzrokovati gubitak u proizvodnji -da nisu preveliki tro kovi ulaganja za obnovu kabelske mre e c) propisima sa stajali ta sigurnosti, da se ne bi dovela u pitanje pouzdanost rada strojeva, a s tim u vezi i osiguranje za titnih mjera.

Od svih spomenutih ograni enja moramo udovoljiti ovim osnovnim zahtjevima: zahtjevima: 1. da je osiguran dovoljan moment pokretanja stroja 2. da pad napona udovoljava va e im propisima

Pad napona pri pokretanju strojaPokretni moment elektromotora ovisi kod svih strojeva o magnetskom toku, struji motora i o faznom pomaku izme u induciranog napona u rotoru i struje rotora.2

Moment zakretanja:

M

! k U

ili zaklju ujemo da je:

M ! f (U 2 )

Odnosno da moment zakretaja ovisi o kvadratu napona.

Budu i da je u momentu pokretanja napon na stroju najmanji, to je o ito da e u tom trenutku upravo biti i najmanji moment motora.

Da bi se gonjeni stroj sigurno i pouzdano pokrenuo, valja za svako pokretanje osigurati da moment pokretanja bude ve i od suprostavljenog momenta stroja koji pokre emo ili, drugim rje ima, u svakom pokretanju pogonski motor mora imati dovoljno veliki moment zaleta.' M u ! M M MT

M

M T

Srednja vrijednost momenta otpora Srednja vrijednost protumomenta pokretanog stroja

M

Za pouzdani zalet, za sigurno pokretanje pogonskog stroja, moraju se ispuniti ovi osnovni uvjeti: 1. Uvjet: 2. Uvjet:

M oM M oT " Mn Mn3. Uvjet:

Mu ! M M ! k Mn' M ' TMn-nazivni moment otpora MoM-po etni moment pokretanja motora MoT-po etni moment pokretanja pogonskog stroja

M n " M T max

Samo ako je udovoljeno spomenutim uvjetima, bit e osiguran normalan pogon. Kod nekih te kih pogona, npr. grabuljastih lan anih transportera na otkopu ili strojeva za dobivanje momenta zaleta mora biti minimalna vrijednost:

(0 ,2 z 0 ,4 ) M

n

Jednako tako i za odnos po etnih momenata pokretanja treba da bude:

M pM ! (1, 2 1,5) M pT maxPri tome se MpTmax smatra maksimalnim po etnim protumomentom koji valja svladati pri punome optere enju pogonskog stroja.

Koliko dugo e trajati pokretanje stroja do nazivnog broja okretaja, ovisit e uglavnom o veli ini momenta njegova zaleta i o momentu tromosti pogonskog stroja i motora, tj. vrijeme pokretanja iznosi:

mD n tp ! ( s ). 38 , 2 M u

2

mD2-ukupni moment zama ne mase (kgm2) n-nazivni broj okretaja u min Mu-srednja vrijednost momenata zaleta (ubrzanja) (Nm)

Pouzdanost i brzina pokretaja stroja ovise o momentu motora, a momenta motora o kvadratu napona. Problem opadanja momenta pokretanja motora s udaljeno napona, posebno je izra en kod niskonaponskih motora. u od izvora napajanja, zbog pada

Na slici su prikazani odnosi opadanja momenta motora s udaljeno 500V i 1000V i motor prosje nih karakteristika snage od 160kW.

u od trafostanice za napone od

Prema krivuljama na slici o ito je da za takve snage kod mre e od 500V pokretanje motora mo e do i u pitanje upravo zbog pada napona. Pri tome jedno od rje enja je ve i napon, pa se tad mogu uzeti i motori standardnih elektri nih karakteristika, bez ograni enja struje pokretanja izvedbom rotora.

Kod pogona velikih snaga ako izravno uklapanje na mre u uzrokuje preveliki pad napona koji osim kolebanja napona u mre i ima za posljedicu znatno smanjenje po etnog momenta, a mo da i nedovoljnog za pokretanje, moramo pribje i posebnom re imu upu tanja motora, kao npr. a) Preklapanje zvijezda-trokut; b) Preko prigu nice; c) Sa smanjenim naponom preko autotransformatora; d) Preko blok-transformatora; e) Preko tiristorskih pokreta a, regulacijom napona.

Razmatraju i uo avamo da su od navedenih pet samo dva osnovna na ina jer je preklapanje zvijezdatrokut isto to i pokretanje smanjenim naponom preko autotransformatora, ili regulacijom napona tiristorima, a s tim da je odnos smanjenja napona:

U

2

! U

1

/

3

Jednako tako je re im pokretanja s prigu nicom jednak pokretanju preko blok-transformatora jer se tu transformator pona a kao prigu nica. Prema tome , u osnovi su samo dva re ima pokretanja.

1. Pokretanje s prigu nicom

Bilo pred motorom ili u zvjezdi tu motora, kod pokretanja priklju i se prigu nica induktivnog otpora Xp, koja se nakon zaleta premosti jednim sklopnim aparatom. Pri tome je struja pokretanja smanjena zbog pove ane ukupne reaktancije. Ako zanemarimo radne otpore, koji kod ovakvih pogona nemaju znatniji utjecaj, struja pokretanja iznosi:

I p1 !

U 3 X M X n X P

?AA

U nazivni napon (V) XM reaktancija motora ( ) XN reaktancija mre e ( ) Xp reaktancija prigu nice ( )

Napon se podjeli na napon motora i na pad napona u mre i i na prigu nici. Radi pada napona i smanjenog napona na motoru tako e biti:

I p1 I

!

Ip I

X

M

XM XN X

I nazivna struja motora IP nazivna struja pokretanjaP

IP1 stvarna struja pokretanja motora

Moment motora s pokretanjem preko prigu nice smanjuje se prema odnosu:

M M

p1 n

!

M M

p n

X

M

X M X N X

p

Mn nazivni moment motora MP nazivni pokretni moment motora MP1 stvarni pokretni moment motora

Iste bi se vrijednosti dobile pri pokretanju pomo u blok-transformatora, s tim da umjesto reaktancije prigu nice XP stavimo reaktanciju transformatora XT

2. Pokretanje sa smanjenim naponomNapon pri upu tanju mo emo smanjiti bilo prespajanjem zvijezda-trokut, ili preko zvijezdaautotransformatora, ili pomo u tiristora, s tim da je u preklapanju zvijezda-trokut napon smanjen, a zvijezdakod autotransformatora i regulacijom tiristorima mo emo birati najpovoljniji napon pokretanja. Tako udovoljavamo potrebnom pokretnom momentu, to manje pri tome optere uju i mre u. Ako razmotrimo pokretanje preko autotransformatora, onda e odnos napona upu tanja prema naponu mre e biti:

U2 ! m U1Budu i da u preklapanju od smanjenoga na puni napon jedan dio namota transformatora djeluje kao prigu nica, autotransformator treba dimenzionirati tako da mu struja praznog hoda bude:

I

0

}

1

m

I

Motor e kad je smanjen povu i struju:

IM ! I pm

XM XM X

N

Me utim, iz mre e e pote i struja IP2 prema odnosu transformacije m, pa emo imati struju pokretanja:

I

p 2

! I

p

m

2

XM X M X

N

Toj bi struji trebalo vektorski dodati struju praznog hoda transformatora, tako da, uz zanemarenje radne komponente, izlazi: IM struja pokretanja motora

I p2

XM ! (1 m ) I I p m 2 XM XN

I nazivna struja motora IP nazivna struja pokretanja IP2 stvarna struja pokretanja iz mre e m odnos smanjenoga napona prema nazivnome

U momentu pokretanja kroz sklopnu napravu iza transformatora prema zvjezdi tu te e razlika struje motora IM i struje pokretanja iz mre e IP2, koja e najvi e iznositi:

I ZT ! I p m (1 m )

p

U2 1 ! !m U1 3

p

I p2

XM ! 3 XM XN

Ip

Uz takve odnose struja pokretanja odnosi e momenata pokretanja preko autotransformatora biti:

M p2

XM 2 ! m X X Mn Mn N M Mp

2

A pri pokretanju zvijezda-trokut odnos e momenata iznositi:

M

p2

Mn

!

M

XM p 3M n X M X N

2

MP2 stvarni pokretni moment kad je napon sni en MP - nazivni pokretni moment motora Mn nazivni moment motora

Koliki je pri tome maksimalno dopu teni pad napona, ovisi uglavnom o pogonskom stroju, jer na ovaj na in mo emo udar na mre u blagim pokretanjem potpuno eliminirati. Prema tome valja to no poznavati pokretni moment stroja, odnosno minimalno dopu teni odnos:

M M

M

min

! a

T max

Po to je poznat nazivni moment MN i odnos nazivnog po etnog momenta prema nazivnom momentu motora:

M M

p n

! b

mo e se ustanoviti minimalno dopu teni moment pokretanja stroja, odnosno MMmin=MP2:

M p 2 ! a M T min

u " 1 bM n 100 2

2

M M

p2 n

u u 1 b 100

Odatle maksimalno dopu teni pad napona dobivamo rje enjem jednad be:

u e 1

M M

p 2 p

100

%

MP2 moment pokretanja motora pri sni enom naponu za pad napona MP nazivni pokretni moment motora uz nazivni napon

Pokretni momenti motora normalno se iskazuju u obliku odnosa prema nazivnom momentu motora, i to:MP/MN, i sastavni je dio nazivnih podataka motora kao i odnos struje pokretanja prema nazivnoj struji uz nazivni napon mre e. Me utim nazivne vrijednosti, suglasno standardima u zemlji proizvo a a, imaju dopu tena odstupanja, i to nani e: za asinhrone motore 10% za sinhrone motore 20% Da bi se osiguralo od tih eventualnih odstupanja, dopu teni se pad napona ograni uje na:

Za asinhrone motore:

u max

M p2 1 e 0,9 M p e Mp 2

100 ?% A 100

Za sinhrone motore:

u max

0 ,8 M

?% A

p

Upotreba kolutnih motora se u rudni kim pogonima izbjegava, osobito u suvremenim automatiziranim pogonima. Kolutni asinhroni motori s regulacijom otpora u krugu rotora bili su najpogodniji za manje izvozne strojeve, slijepa okna i izvozne niskope. Upotreba kolutnih motora u rudni kim pogonima ipak se ograni ila na snage do 1000kW, i to ako je pokreta pode en na postizavanje maksimalno mogu eg momenta zakretanja, to se ostvaruje kad je:

R 2 R OT ! ?s XR2 radni otpor namota rotora ROT dodatni otpor rotorskom krugu S klizanje motora X20 reaktancija rotora uz s=1 (zako en motor)

20

A

Dopu teni pad naponaOp enito se tehni kim propisima ne ograni uje strogo pad napona ni u jednoj grani primjenjene elektrotehnike, ve se to prepu ta tzv. tehni koj i projektanskoj praksi.

U nekim tehni kim propisima o ograni enju za pad napona stoji ovo: Odre eni presjek kabela prema strujnom optere enju mora odgovarati i zahtjevima pada napona, koji ni kod jednog tro ila ne smije iznositi vi e od 15% u najnepovoljnijem slu aju. Kao najnepovoljniji slu aj treba smatrati pu tanje najnepovoljnijeg pogona u rad uz normalno optere enje ostalih tro ila.

Ako je pad napona zbog radnog otpora 15%, a zbog induktivnog otpora on nije ve i od 1,5%, onda mo emo re i da smo zadovoljili taj zahtjev, i to je upravo maksimalno dopu ten pad napona.

U

p

u 0 ,85 U

UP napon na tro ilu U nazivni napon

Napon praznog hoda: Dopu teni pad napona:

U o ! 1 . 05 U

(U ! U 0 U U 0,85 U ! 0,05 U 0,15 U ! 0,20 U

Pad napona i promjene napona u mre iS obzirom na pogone najva nije je osigurati nadzemni napon na mjestu potro nje, odnosno za sve pogonske struje to manje odstupanje od stvarnog nazivnog napona.

Kod perioda bez optere enja (neradni dani) napon e znatno porasti. Za rje enje ovog problema postoje ove mogu nosti: a) u trafostanici 35/6 preklopimo transformatore na maksimalni stupanj + 5 %, na tro ilima e biti napon +10% b) dobivanje sni enog napona (-15 %) od elektrodistributivne mre e c) upotreba vlastitih regulaciskih transformatora

Motorska za tita od nekontroliranog dolaska napona i od preniskog napona

-posti

e se kod: a)motorskih za titnih prekida a ugradnjom podnaponskog okida a

b)motorskih za titnih sklopnika spajanjem elektromagneta sklopnika

Minimalni pokretni moment mora biti 70% nazivnog

Mp

u ! 1.05 u 0. 7 100 Mn

2