Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

гического оборудования не менее 1,5 м. При меньших расстояниях необходимо устройство местных ограждений. Спуски от голых магистральных проводок выполняются обычно изолированными проводами в стальных трубах или бронированным кабелем. Применение голых магистра­ лей неудобно в эксплуатации и с точки зрения техники безопасности, особенно при наличии в пролетах мостовых кранов, а также при необходимости обслуживать освети­ тельные установки или другие коммуникации (водопровод, воздухопровод и т. п.), расположенные наверху помещения. В зарубежных правилах применение голых проводников

вцеховых помещениях не допускается.

Вцехах высотой более 20 м расход проводников на подъем и спуски к распределительным пунктам значителен, что заставляет применять закрытые магистральные шино­ проводы, которые могут быть проложены на удобной высо­ те и не представляют опасности для цехового персонала. Закрытые шинопроводы магистрального типа ШМА изго­ товляются на токи 1 600—2 500—4 000 А, за рубежом

800—5 000 А. Магистральные шинопроводы на токи 1 600 А и выше имеют две шины на фазу, расположенные по специальной схеме. Их основное достоинство состоит в возможности индустриального монтажа как готового комплектного изделия.

6-6. СЕТИ ДЛЯ МНОГОАМПЕРНЫХ УСТАНОВОК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Устройство сетей для многоамперных установок пере­ менного тока (1 000 А и более) требуется-

1)при прокладке магистральных цеховых сетей по схеме блок трансформатор — магистраль (БТМ);

2)для питания крупных сварочных машин и трансфор­ маторов в сварочных цехах и крупных электропечей в тер­ мических и литейных цехах цветных металлов;

3)в коротких сетях между электропечью и трансформа­ тором;

4)при соединении мощных генераторов и трансформа­ торов с распределительными устройствами и выполнении сборных шин.

Ниже рассматриваются особенности распределения переменных токов по сечениям различных проводников вследствие электромагнитных явлений, не зависящих от напряжения сети.

198

При значениях переменного тока выше 1 000 А провод­ ки выполняются из массивных проводников с большим сечением в виде круглых, трубчатых, прямоугольных или коробчатых шин. При прохождении переменного тока через большие сечения проводников резко возрастают п о в е р х н о с т н ы й э ф ф е к т и э ф ф е к т б л и ­ з о с т и . Эти эффекты связаны с вытеснением тока под дей­ ствием электромагнитного поля, создаваемого рассмат­ риваемым проводником и соседними проводниками, несу­ щими ток с различными фазами по отношению к току в рассматриваемом проводнике.

Рис. 6-21. Распределение плотности тока в алюминиевых шинах сечением 10X100 мм.

а — одиночная шина; б и г — две шины с противоположным направлением тока; в и д — то же о одинаковым направлением тока.

Наиболее распространенной формой сечения шин явля­ ется прямоугольная; распределение плотности тока по сече­ нию (строго говоря, по поверхности) одиночной прямоуголь­ ной шины из алюминия сечением 100 х 100 мм показано на рис. 6-21, а. Даже при частоте 50 Гц вытеснение тока приводит к тому, что по краям шины плотность тока пре­ вышает плотность тока в середине более чем в 2 раза, что ведет к увеличению активного сопротивления переменному току. Это увеличение учитывается коэффициентом доба­ вочных потерь

коэффициенту поверхностного эффекта Кп, поскольку шина уединенная (практически удаленная от других провод­ ников на 3 м и более); Кя = К п > 1.

Для шины А 10 X 100 мм К а = 1,175.

В двух расположенных рядом шинах распределение плотности тока в них зависит от направления токов и от

199

взаимного расположения шин — широкой или узкой сто­ роной (рис. 6-21). При двух шинах величина Кя зависит также от эффекта близости, который учитывается коэф­ фициентом К б, так что Кя = К пКв. Величина К б может быть меньше и больше единицы в зависимости от того, становится ли распределение плотности тока по высоте сечения шины более или менее равномерным. Например, при расположении шин А 10 х 100 мм широкими сторо­ нами друг к другу с зазором 10 мм и при противополо­ жных направлениях тока (рис. 6-21, б) величина К я уменьшается до 1,04, так что Кв = 1,04 : 1,175 = 0,885.

Кд—2,03

Рис. 6-22. Векторы токов шин в пакетах из трех и четы­ рех шин прямоугольного сечения.

При одинаковых направлениях тока (рис. 6-21, в) Кд уве­ личивается до 1,36, так что Ка = 1,36 : 1,175 -- 1,16.

Эффект близости называется п о л о ж и т е л ь н ы м при получении более равномерного распределения плот­ ности тока по высоте шины (К0 < 1) и о т р и ц а т е л ь - II ы м при увеличении неравномерности (KQ > 1).

При расположении прямоугольных шин узкими сторо­ нами друг к другу при обоих направлениях тока эффект близости будет отрицательным, однако одинаковое направ­ ление тока дает значительно более равномерное распреде­ ление плотности тока (рис. 6-21, д), чем при токах проти­ воположного направления (рис. 6-21, г).

В пакетах из трех и четырех шин, несущих токи одного направления, происходит дальнейшее вытеснение тока на крайние шины, кроме того, токи в отдельных шинах полу­ чаются разными по величине и по фазе (рис. 6-22). В ре­ зультате этого происходит дальнейшее увеличение Кя до

200

1,6 при трех и до 2,03 — при четырех тинах в пакете. Рационально расположение четырех шин в пакете в виде квадрата, с зазором для вентиляции, что создает симмет­ ричные условия для всех четырех шин, делает распреде­ ление тока в них более равномерным и снижает величину

f i r x r A r " x m r

Рис. 6-23. Схемы расположения шин в пакетах для однофазных цепей.

а, б — рекомендуемые; в — нерекомендуемые.

К л до 1,25. Поэтому при числе шин более трех рекоменду­ ется переходить на схему квадрата, если нельзя использо­ вать положительный эффект близости. В последнем слу­ чае прямоугольные шины располагаются в сетях однофаз­ ного тока, как указано на рис. 6-23, т. е. с чередованием прямых и обратных токов; при двухрядном расположении пакетов необходимо шины

ного переноса мощности, для уяснения которого пред­ варительно рассмотрим схему двух элементарных однофаз­ ных цепей со взаимной индуктивностью (рис. 6-24).

При напряжениях U1 U2 токи в обеих цепях будут

равны:

и

r + f (x + kz) •

При напряжениях Ux = — U%

201

При напряжениях, сдвинутых по фазе на 120°, т. е. при U2 = t/jé?-^1200, токи в цепях не будут равны; в опе­ режающей по фазе цепи ток І г будет меньше, а в отстающей цепи І х — больше:

Uг

h = - -Дгі+ 7 (х — Дж,)’

U2

г -р А г 2 + / (х — А х 2) ’

где Дгг и Аг2 — так называемые вносимые сопротивления, характеризующие индуктивный перенос мощности из опережающей по фазе цепи 2 в отстающую цепь 1.

wMßß — wMgc—kfzE

wMflc ~ kfâX

шМлс

Рис. 6-25. Схема трехфазной несимметричной цепи с взаимоиндуктивностыо.

Величина переносимой мощности І\Агх — /ІАг2 обус­ ловливает разницу в мощности, расходуемой на нагрев сопротивления г в обеих цепях:

Г\г — І\г = (І\ — II) г.

Отношение токов I J I 2 = Аеіа является комплексной величиной, в которой А — модуль, зависящий от коэф­ фициента магнитной связи к и отношения х/г, а а > 120° — угол между векторами токов, который стремится к 180° при увеличении к, и отношения х/r. Таким образом, при напряжениях, сдвинутых по фазе на 120°, токи в цепях 1 я 2 получаются разными по величине и их векторы по­ ворачиваются в разные стороны, стремясь к бифилярности, и размагничивают друг друга, что выражается уменьше­ нием индуктивного сопротивления х на величины Ахх и Дж2. Одновременно происходит индуктивный перенос мощности из опережающей по фазе цепи в отстающую.

В трехфазных цепях происходит перенос мощности во всех трех фазах; если проводники расположены симме­ трично по треугольнику, этот перенос мощности не про­ является, поскольку он одинаковый по всем фазам. При расположении проводников в одной плоскости (рис. 6-25)

%0%

минимальный ток всегда получается в опережающей фазе А, а максимальный ток в зависимости от коэффициента

Явление переноса мощности резко проявляется в уста­ новках с большими токами и магнитными полями, в част­ ности в коротких сетях электропечей. Опережающая фаза

АГА"А"Г в' в"в'п с'сггст

а)

а ' в , с га ” в ” с г'а,"в ,"сг"

D D

г)

Рис, 6-26. Схемы расположения шин трехфазного тока.

А , имеющая минимальный ток, получила наименование «мертвой» фазы, а фаза с максимальным током — «резкой» или «дикой» фазы. В дуговых печах под электродом «мер­ твой» фазы металл не догревается, а под электродом «дикой» фазы получаются перегрев маталла и неспокой­ ный режим дуги, что ухудшает работу электропечи. В за­ висимости от конфигурации короткой сети и конструкции электропечи «мертвой» или «дикой» фазой могут быть как крайние фазы, так и средняя.

Эффект переноса мощности может оказывать положи­ тельное и отрицательное влияние на распределение плот­

203

ности тока по сечению шин, в зависимости от получаю­ щейся равномерности плотности тока.

На практике в установках напряжением до 1 000 В применяются следующие расположения шин трехфаз­ ного тока (рис 6-26).

С х е м а р а с щ е п л е н н ы х ф а з (рис. 6-26, а) является нерациональной; она допустима при числе шин до трех; при четырех шинах схема допустима с располо­ жением шин одной фазы по сторонам квадрата или с при­ менением шин специального профиля. Она применяется в установках напряжением выше 1 000 В, когда сближе­

установке карбидной элек­ тропечи с ошиновкой по схеме переплетенных фаз, вы­ полненной из 24 шин (по 8 шин на фазу), токи по фазам Л, В и С составили соответственно 26,8; 32,7 и 28,6 кА. Эта схема применяется в зарубежных закрытых магистраль­ ных шинопроводах (рис. 6-27) и коротких сетях электро­ печей при схеме соединений обмотки вторичного напря­ жения печного трансформатора в звезду. Вследствие значительного проявления эффекта переноса мощности эта схема не является оптимальной.

С х е м а с п р я м ы м и и о б р а т н ы м и п р о - в о д а м и и с в ы н о с о м т р е у г о л ь н и к а или схема передачи трехфазного тока по шести проводам или по числу проводников, кратному шести (рис. 6-26, в), вследствие бифилярности проводников дает низкие зна­ чения Кя = 1,02 ч- 1,04 и индуктивного сопротивления в шихтованной части. Схема имеет следующие недостатки. При увеличении числа проводников в 2 раза и уменьшении тока в каждом проводнике в 1,73 раза расход металла

204