10196
.pdf
IC , M , n2 f P2
Рабочие характеристики показаны на рис. 5.25.
Ic, M, n2 ,η
|
c o s φ |
|
|
|
n2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cosφ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
IC |
η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IC0 |
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
PН |
|
|
|
P2(кВт) |
|
|||
|
|
|
|
Рис. 5.25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочие |
характеристики снимаются |
при |
|
|
|
следующих |
условиях: |
|||||
U1 const , f1 |
const , I B const . Ток статора I C |
при холостом ходе P2 0 |
||||||||||
имеет незначительную |
величину, |
с ростом |
|
нагрузки он |
линейно |
|||||||
увеличивается. |
Скорость |
|
вращения |
ротора |
n2 |
|
|
|
60 f1 |
остается строго |
||
|
|
|
p |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
постоянной во всех режимах работы. Взаимосвязь между моментом М и
мощностью на валу Р2 равна M P2 , где 1 – величина постоянная, поэтому
1
зависимость M f P2 линейна, т.е. с ростом нагрузки момент возрастает.
Характер изменения cos f P2 зависит от того, какое возбуждение установить. Если установить cos = 1 при номинальной нагрузке, то при недогрузке двигатель забирает из сети реактивный опережающий ток, при перегрузке – отстающий.
Характеристика КПД f P2 имеет обычный для всех электрических машин характер. Она быстро растет при увеличении нагрузки от 0 до P22 , а
затем мало меняется в пределах нагрузки от P2 
2 до PH .
5.3.7. Синхронные компенсаторы
101
Синхронные компенсаторы представляют собой специально спроектированные синхронные машины, предназначенные для компенсации реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями и трансформаторами из сети. Синхронные компенсаторы работают в режиме двигателей, не имеющих нагрузки на валу. При перевозбуждении они отдают в сеть опережающий емкостный ток, что эквивалентно присоединению к сети емкости. При понижении напряжения реактивная мощность синхронных компенсаторов увеличивается, что способствует поддержанию напряжения и устойчивости работы сети. Синхронный компенсатор, работая в режиме перевозбуждения при больших нагрузках и в режиме недовозбуждения (потребляя реактивную мощность) при малых нагрузках способствует поддержанию неизмененного напряжения у приемных концов линии, при этом регулирование возбуждения может осуществляться автоматически.
5.3.8. Электрические машины в системах теплогазоснабжения и вентиляции зданий и сооружений
Электрические машины являются основным приводом (электроприводом) в системах теплогазоснабжения и вентиляции. Наибольшее распространение получили трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором в нереверсивном и реверсивном исполнении, как наиболее дешевые и удобные в эксплуатации. Они применяются в электроприводах вентиляторов, насосов, компрессоров, в электроприводах различных исполнительных механизмов: задвижек, заслонок, шиберов.
Асинхронные электродвигатели с фазным ротором чаще всего используются в электроприводе крановых механизмов, где необходим плавный пуск под нагрузкой и управление скоростью вращения.
Синхронные двигатели применяют там, где требуется постоянство частоты вращения. Они находят широкое применение в качестве электропривода компрессоров и насосов на газо- и нефтеперекачивающих станциях магистральных газопроводов, на насосных станциях первого и второго подъемов, в промышленности строительных материалов.
Однофазные и двухфазные асинхронные двигатели малой мощности и
специальные синхронные двигатели малой мощности используются в устройствах автоматического управления и регулирования, в самопишущих приборах и др.
6. Основы электроснабжения
6.1. Основные понятия и определения
Потребители электрической энергии получают ее от источников электроснабжения по линиям электропередачи. Потребителем электроэнергии называется совокупность электроприемников, объединенных технологическим процессом, или рас-положенных на одной территории. Потребителями энергии являются подъемный кран, станок, цех, строительное предприятие.
Электрическая энергия преобразуется в технологических установках в другие виды. Электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в другие виды, называется электроприемником (приемником электрической энергии). Приемниками являются электродвигатель, лампа освещения, сварочный трансформатор и т.п.
Электрическая энергия, поступающая потребителю от источника, должна обладать соответствующим качеством. Основными показателями качества электроэнергии являются стабильность напряжения и частоты, синусоидальность напряжения и тока, симметрия напряжения и тока.
В производстве и передаче электроэнергии участвуют электроустановки различного назначения. Электроустановкой называется совокупность машин, аппаратов, приборов, вспомогательного оборудования вместе со зданиями и сооружениями, предназначенных для производства, трансформации, передачи и распределения электрической энергии. К электроустановкам относятся электростанции, трансформаторные подстанции, преобразовательные установки.
Источником питания называется распределительное устройство генераторного напряжения на электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения понижающей подстанции.
Электрической станцией называется электроустановка, предназначенная для производства электрической энергии.
Электроустановка для преобразования и распределения электроэнергии называется подстанцией (трансформаторной или преобразовательной).
103
Совокупность электроустановок и устройств для передачи и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций, линий электропередачи и распределительных устройств, называется электрической сетью. В электрическую сеть входят воздушные и кабельные линии электропередачи, трансформаторные и преобразовательные подстанции, распределительные пункты.
Распределительным устройством называется электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, устройства защиты, автоматики и измерения. Если основное оборудование размещено на открытом воздухе, то оно называется открытым, и если размещено в здании − закрытым. Распределительное устройство может состоять из комплектных блоков для наружной и внутренней установки.
Распределительным пунктом называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без трансформации и преобразования. Обычно используются в сетях 6 –10 кВ.
В сетях до 1 кВ аналогичные устройства называют пунктом распределительным.
Линией электропередачи называется устройство для передачи электроэнергии по проводам или кабелям.
Системой электроснабжения объекта называется совокупность электроустановок и устройств, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии, ее учета и контроля показателей качества. Система должна быть надежной, обеспечивать бесперебойное снабжение электроэнергией своих потребителей и электроприемников.
Системой электропотребления объекта называется совокупность технологических установок и устройств, имеющих в своем составе электроприемники, и предназначенных для передачи и распределения электроэнергии с целью ее преобразования в другие виды.
Станция управления – комплектное устройство, предназначенное для дистанционного управления электрооборудованием с автоматизированным выполнением функций управления, регулирования, защиты и сигнализации. Станция управления может быть выполнена в виде блока, панели, щита, шкафа управления.
Задачей электроснабжения является беспрерывное обеспечение электроэнергией электрических приемников, оптимизация параметров путем правильного выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме, выбор электрооборудования на основе расчета электрических нагрузок, компенсация реактивных нагрузок, рациональное распределение электроэнергии, обеспечение защиты электроустановок.
Задачей электропотребления является организация безопасных и экономичных режимов работы при минимальных финансовых затратах и сокращении потерь электроэнергии.
6.2. Источники электрической энергии.
Передача и распределение электроэнергии
Электрическая энергия универсальна: она удобна для дальних передач, легко распределяется по отдельным потребителям и с помощью сравнительно несложных устройств преобразуется в другие виды энергии.
Эти задачи решает энергетическая система, в которой осуществляются преобразование энергии топлива или падающей воды в электрическую энергию, трансформация токов и напряжений, распределение и передача электрической энергии потребителям.
Источниками электрической энергии служат тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС) электростанции, имеющие общий режим производства энергии. Линии электропередачи, трансформаторные и распределительные устройства обеспечивают совместную работу электростанций и распределение энергии между потребителями.
Передача и распределение электроэнергии строится по ступенчатому принципу. Для уменьшения потерь в линиях электропередач (ЛЭП) напряжение повышают при помощи повышающих и понижающих трансформаторов, устанавливаемых на электрических подстанциях. От крупных подстанций электроэнергия подается непосредственно к объектам, на которых на трансформаторных подстанциях (ТП) производится окончательное понижение напряжения. Распределение электроэнергии в электрических сетях производится, как правило, трехфазным переменным током частотой 50 Гц.
105
В начальный период строительства в удаленных районах применяют в качестве временных источников электроснабжения собственные электростанции, как правило, передвижные.
6.3. Потребители электроэнергии
6.3.1. Приемником электроэнергии (электроприемником) является электрическая часть технологической установки или механизма, получающая энергию из сети и расходующая ее на выполнение технологических процессов. Потребляя электроэнергию из сети, электроприемник, по существу, преобразует ее в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую или в электроэнергию с иными параметрами (по роду тока, напряжению, частоте). Некоторые технологические установки имеют несколько электроприемников: станки, краны, и т. п.
Электроприемники классифицируются по следующим признакам: напряжению, роду силы тока, его частоте, единичной мощности, степени надежности электроснабжения, режиму работы, технологическому назначению.
По напряжению электроприемники подразделяются на две группы: до 1000 В и свыше 1000 В.
По роду силы тока электроприемники подразделяются: на приемники переменного тока промышленной частоты (50 Гц) , постоянного тока и переменного тока частотой, отличной от 50 Гц (повышенной или пониженной).
Единичные мощности отдельных электроприемников и электропотребителей различны − от десятых долей киловатта до нескольких десятков мегаватт.
По степени надежности электроснабжения правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают три категории:
1.Электроприемники I категории − электроприемники, перерыв снабжения которых электроэнергией связан с опасностью для людей или влечет за собой большой материальный ущерб (доменные цехи, котельные производственного пара, подъемные и вентиляционные установки шахт, аварийное освещение и др.). Они должны работать непрерывно.
2.Электроприемники II категории − электроприемники , перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции,
простою технологических механизмов, рабочих, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности городских и сельских жителей.
3. Электроприемники III категории − все остальные электроприемники, не подходящие под определение I и 11 категорий. Электроприемники данной категории допускают перерыв электроснабжения не более одних суток.
6.3.2.Характеристики электроприемников
Кобщепромышленным установкам относятся вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки и т. п. В них применяются асинхронные и синхронные двигатели трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, на напряжениях от 127 В до 10 кВ, а там, где требуется регулирование
производительности, − двигатели постоянного тока. Характер нагрузки ровный, толчки ее наблюдаются только при пуске. Основные агрегаты (насосы, вентиляторы и т. п.) имеют продолжительный режим работы. Данная группа электроприемников относится, как правило, к первой категории надежности. Некоторые вентиляционные и компрессорные станции относятся ко второй категории надежности.
Регулируемый электропривод технологических механизмов и двигатели станков с повышенной скоростью вращения получают питание от преобразовательных установок. Режимы их работы различны и определяются режимом механизма. Преобразовательные установки на промышленных предприятиях служат для питания электроприемников, механизмов и установок, которые изза особенностей технологических режимов должны работать либо на постоянном, либо на переменном токе с частотой, отличной от 50 Гц.
Преобразователями тока служат двигатели-генераторы, ртутные и полупроводниковые выпрямители, питающиеся от трехфазных сетей переменного тока промышленной частоты на напряжениях до 110 кВ.
К электротехнологическим установкам относятся электронагревательные и электролизные установки, установки электрохимической, электроискровой и ультразвуковой обработки металлов, электромагнитные установки (сепараторы, муфты), электросварочное оборудование.
Электронагревательные установки объединяют электрические печи и электротермические установки, которые по способу превращения электроэнергии в тепловую разделяются на печи сопротивления, индукционные печи и установки,
107
дуговые электрические печи, печи конденсаторного нагрева. Печи сопротивления получают питание от трехфазных сетей переменного тока частотой 50 Гц, в основном на напряжении 380/220 В.
Индукционные плавильные печи выпускаются со стальным сердечником и без него, мощностью до 4500 кВ· А. Питание индукционных печей и установок закалки и нагрева осуществляется от трехфазных сетей переменного тока частотой 50 Гц, на напряжении 380/220 В и выше в зависимости от мощности. Перечисленные печи и установки индукционного нагрева относятся к приемникам второй категории надежности.
Электросварочное оборудование питается напряжением 380 или 220 В переменного тока промышленной частоты. Мощности электросварочного оборудования в зависимости от его типа могут быть от 100 В · А до 1О МВ· А. Дуговая электросварка на переменном токе выполняется с помощью одноили трехфазных сварочных трансформаторов или машинных преобразователей. На постоянном токе применяются сварочные двигатель-генераторы. Для контактной сварки - одноили трехфазные сварочные установки.
Электросварочное оборудование работает в повторно-кратковременном режиме. Однофазные сварочные приемники (трансформаторы и установки) дают неравномерную нагрузку по фазам трехфазной питающей сети . Коэффициент их мощности колеблется в пределах 0,3 ... 0,7. Сварочные установки по степени надежности относятся ко второй категории.
Мощность электроприводов подъемно-транспортных устройств
определяется условиями производства, ее значение колеблется от нескольких до сотен киловатт. Для их питания используется переменный ток напряжением 380 и 660 В и постоянный ток напряжением 220 и 440 В. Режим работы − повторно-
кратковременный. Нагрузка на стороне переменного трехфазного тока − симметричная. Коэффициент мощности меняется соответственно загрузке в пределах от 0,3 до 0,8. По надежности электроснабжения подъемнотранспортное оборудование относится к первой или второй категории (в зависимости от назначения и места работы).
Электрические осветительные установки являются в основном однофазными приемниками. Лампы светильников имеют мощности от десятков ватт до нескольких киловатт и питаются напряжением до 380 В. Светильники общего освещения (с лампами накаливания или газоразрядными) питаются
преимущественно от сетей 220 или 380 В. Светильники местного освещения с лампами накаливания на 12 и 36 В питаются через понижающие однофазные трансформаторы. Равномерная загрузка фаз трехфазной сети достигается путем группировки светильников по фазам. Характер нагрузки продолжительный.
Электроосветительные установки относятся ко второй категории надежности. В тех случаях, когда отключение освещения угрожает безопасности людей или недопустимо по условиям технологического процесса, предусматриваются системы аварийного освещения. Лампы ДРЛ, для которых характерно длительное зажигание в таких системах не применяются.
6.4. Схемы электрических сетей 6.4.1.Схемы электрических сетей до 1000 В
Схема силовой сети определяется технологическим процессом производства, категорией надежности электроснабжения, взаимным расположением ТП или ввода питания и электроприемников, их единичной установленной мощностью и размещением. Схема должна быть проста, безопасна и удобна в эксплуатации, экономична, должна удовлетворять характеристике окружающей среды, обеспечивать применение индустриальных методов монтажа.
Схемы сетей могут быть радиальными, магистральными и смешанными –с односторонним или двусторонним питанием.
При радиальной схеме (рис. 6.1.) энергия от отдельного узла питания (ТП) поступает к одному достаточно мощному потребителю или к группе электроприемников. Радиальные схемы выполняют одноступенчатыми, когда приемники питаются непосредственно от ТП, и двухступенчатыми, когда они подключаются к промежуточному распределительному пункту (РП).
109
Рис. 6.1. Радиальная схема питания:
1- распределительный щит; 2 - силовой распределительный nункт (РП); 3 - электроприемник; 4 - щит освещения; 5 - кабельная линия
Радиальные схемы применяют для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях. Выполняются радиальные схемы кабелями или проводами в трубах или коробах (лотках).
Достоинства радиальных схем заключаются в высокой надежности (авария на одной линии не влияет на работу приемников, получающих питание по другой линии) и удобстве автоматизации.
Недостатками радиальных схем являются: малая экономичность из-за значительного расхода проводникового материала; необходимость в дополнительных площадях для размещения силовых РП; ограниченная гибкость сети при перемещениях технологических механизмов, связанных с изменением технологического процесса.
При магистральных схемах Приемники подключаются к любой точке линии (магистрали). Магистрали могут присоединяться к распределительным щитам подстанции или к силовым РП. Магистральные схемы с распределительными шинопроводами (рис. 6.2) применяются при питании приемников одной технологической линии или при равномерно распределенных по площади цеха приемниках.