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聊聊電機直接啟動電壓暫降的話題

2023年01月16日 11:45:25      來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量：26

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通常大電機啟動建議采用降壓啟動軟啟，這是考慮到電機直接啟動時電壓暫降，以免影響其他負載電壓水平。以110kW電機在無限電源系統(tǒng)中直接啟動為例，根據(jù)近似計算法得出的結(jié)果是電機啟動時配電母線上的電壓暫降很難不符合要求的結(jié)論。

很多項目對電機啟動做出要求，比如說大于多少千瓦的電機建議用，昌暉儀表在某個項目中曾看到甲方技術(shù)人員在建議書中要求所有大于11kW的電機均采用軟啟或星三角的降壓啟動方式，而那個項目中采用的變壓器最小都是1000kVA，是2000kVA，對甲方技術(shù)人員的建議昌暉儀表認為過于苛刻。

站在電氣的角度來看，采用降壓啟動主要是為了將配電母線上的電壓暫降限制在一定的范圍內(nèi)，以免影響配電母線上接入的其他負載的電壓水平。其實對于電機本身來說，采用降壓啟動并不一定有好處，因為啟動轉(zhuǎn)矩會降低、啟動時間會加長，導致啟動時的溫升也可能會增加。所以站在電氣角度而言，能夠直接啟動的情況下都應(yīng)該盡量采用直接啟動。

那么，直接啟動時啟動電流對配電母線電壓影響究竟有多大，就成為一個必須要驗證的問題。配四手冊上給出了幾個方法，有電壓偏差法、阻抗分壓法、近似計算法。其中由于種種原因，可能近似計算法是最容易的一種方法。昌暉儀表利用這種方法進行了一些驗證。

1、案例
以電機110kW為校驗對象，變壓器采用常見的1000kVA(uk=6%)，發(fā)電機組采用800kW(cosφ=0.8)機組，假設(shè)低壓柜至電機控制柜的電纜采用185mm2截面銅纜，長度100m；發(fā)電機至低壓柜采用2000A密集母線，長度70m；忽略配電柜母排阻抗及變壓器到低壓柜的母線阻抗；高壓一次側(cè)短路容量為100MVA，另外假設(shè)配電母線上接入其他負載容量為600kVA。

2、無限電源容量系統(tǒng)計算
由于校驗的是低壓電機，所以配四上的公式昌暉儀表認為需要做一定的修正，根據(jù)配四6.5.5.1條句話“高壓電動機的啟動電壓計算，可忽略系統(tǒng)中的電阻，只計電抗，預(yù)接負荷只取無功功率，對于低壓電動機，可視具體情況處理”，故在計算時，對于母線、線纜均取阻抗值而不是電抗值進行計算，預(yù)接負載按視在功率而不是無功功率計算，這樣的計算結(jié)果會比原方法更加偏于保守。

根據(jù)配四表6.5-4計算
①配電母線短路容量為：

②啟動回路計算容量為：

其中，110kW電機按功率因素為0.8考慮，其額定容量為137.5kVA，直接啟動電流按7倍考慮，則電機的額定啟動容量為0.1375×7=0.963MVA；185mm2銅纜的每公里電阻、電抗查表分別為0.095、0.076Ω/km，故100m電纜的阻抗為0.01217Ω。

在這個案例中，配電母線上的電壓不低于系統(tǒng)標稱電壓的95%，即380×0.95=361V，符合要求。

如果我們將變壓器減小到400kVA(uk=4%)，預(yù)接負載容量為250kVA，其他條件不變，結(jié)果是配電母線上的電壓不低于系統(tǒng)標稱電壓的93%，即380×0.93=353V，也是符合要求的。

可見無限電源容量系統(tǒng)如果采用近似計算法，一般電機啟動時電壓暫降是很難不符合要求的。

3、有限電源容量系統(tǒng)計算
根據(jù)配四表6.5-5計算。對于有限電源容量系統(tǒng)的計算，配四上提供的兩種接線方式與一般工況的實際情況都不太相符。在實際應(yīng)用中，接近于接線方式1，但是發(fā)電機的位置可能與配電母線之間還存在一段較長的距離，而表6.5-5中未考慮這段線纜的因素。昌暉儀表認為需要做一定的修正，修正的方法可參見表6.5-5中Sst的計算方法，這樣的計算結(jié)果會比原方法更加偏于保守。

配電母線瞬變短路容量為：

其中，800kW發(fā)電機功率因素按0.8考慮，其額定容量為1MVA，2000A密集母線的每公里電阻、電抗查表分別為0.026、0.015Ω/km，故70m密集母線的阻抗為0.0021Ω。

發(fā)電機母線啟動負荷容量為：

其中，110kW電機按功率因素為0.8考慮，其額定容量為137.5kVA，直接啟動電流按7倍考慮，則電機的額定啟動容量為0.1375×7=0.963MVA；185mm2銅纜的每公里電阻、電抗查表分別為0.095、0.076Ω/km，故100m電纜的阻抗為0.01217Ω。


在這個案例中，應(yīng)急母線上的初始瞬態(tài)電壓不低于系統(tǒng)標稱電壓的79.7%，即380×0.797=303V，距離80%的要求還差一點。同時根據(jù)配四表6.5-6，可以查到本案例中應(yīng)急母線上的穩(wěn)態(tài)電壓是系統(tǒng)標稱電壓的大約75%。
表6.5-6 不同啟動負荷相對值時發(fā)電機母線上穩(wěn)態(tài)電壓相對值的數(shù)據(jù)
不同啟動負荷相對值時發(fā)電機母線上穩(wěn)態(tài)電壓相對值的數(shù)據(jù)
根據(jù)計算結(jié)果，在本案例條件下如果需要110kW電機直接啟動，發(fā)電機組容量需要增大到1.25MVA以上。

在無線電源系統(tǒng)中，根據(jù)近似計算法得出的結(jié)果是電機直接啟動時電壓暫降很難不符合要求，這一結(jié)論耐人尋味，如果采用電壓偏差法來計算，結(jié)果會如何，留到文章《》中討論。
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