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

Если другие ТП находятся вне границы, то данный цех следует питать от собственной ТП. Следует иметь в виду, что на реальном генплане предприятия трассы кабелей располагаются не по кратчайшим расстояниям, а по на­ правлению проездов и проходов между зданиями цехов.

При выборе места для ТП, питающей цех, ее следует располагать со стороны питания. При агрессивной среде, создаваемой производством цеха, необходимо учесть розу ветров и по возможности поместить ТП с подветренной стороны.

Для заводов и фабрик с перемещаемым оборудованием рекомендуется по возможности равномерное и симметрич­ ное расположение ТП по отношению к плану цеха со сдвигом в сторону питания.

8-4. ПОДСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

Для питания дуговых и руднотермических печей при­ меняются специальные трансформаторы с нестандартным вторичным напряжением 15—500 В в зависимости от требований технологического процесса. Первичное напря­ жение трансформаторов электропечей— стандартное от (5 до 110—154 кВ в зависимости от мощности и напряжения в системе электроснабжения.

Трансформаторы дуговых сталеплавильных печей вы­ полняются с повышенной динамической устойчивостью, необходимой по условиям работы, с частыми эксплуата­ ционными короткими замыканиями при расплавлении твердой шихты. Для ограничения токов эксплуатационных коротких замыканий в кожух трансформатора встраивается реактор, шунтируемый в спокойном режиме работы с жидким металлом.

Маркировка трансформатора старой серии для дуговой сталеплавильной печи, например типа ДСП-50 (с поворот­ ным сводом, емкостью 50 т), ЭТЦНК-24000/35, что озна­ чает: электропечной, трехфазный, с водомасляным охлаждением н принудительной циркуляцией, с регулировкой под нагрузкой и комплектный агрегат. Агрегат состоит из регулировочного автотрансформатора, переключателя с реактором и собственно печного трансформатора мощ­ ностью 15 МВ - А. Цифры обозначают: 24000 — габаритная мощность, кВ-А и 35 — напряжение питания, кВ. Новая серия печных трансформаторов будет иметь повышенную

277

мощность — дли лечи 50 т трансформатор 20 МВ-А с воз­ можностью перегрузки на 20% па время расплавления.

Мощность трансформаторов электропечей с масляным охлаждением, устанавливаемых в дохах, по ограничи­ вается. Расположение печных подстанций в цехах опре­ деляется технологической планировкой. Трансформаторы устанавливаются в камерах возможно ближе к самой печи для уменьшения длины «короткой сети». Па печной подстанции устанавливаются: оперативный выключатель (при напряжении до 10 кВ), панели автоматического управления движением электродов и пульт управления оператора с измерительными приборами.

Для электромагнитного перемешивания жидкого ме­ талла в печах емкостью 25 т и выше устанавливается

машинные преобразователи дороги и громоздки, вследст­ вие чего разрабатываются ионные и тиристорные преобра­ зователи частоты.

Для повышения надежности оперативных выключате­ лей дуговых печей при напряжении 35 кВ, работающих

в отдельных камерах вне помещения печной подстанции. Пример установки дуговой печи с подстанцией приведен на рис. 8-8.

Для питания руднотермических печей черной и цветной металлургии, а также химической промышленности приме­ няются однофазные и трехфазные трансформаторы мощ­ ностью до 60 МВ-А и выше. В зависимости от мощности электропечи имеют три или шесть электродов круглого или прямоугольного сечения. При однофазных трансфор­ маторах токоподвод к печи («короткая сеть») выполняется по бифилярной схеме, трансформаторы иногда распола­ гаются с разных сторон печи для уменьшения длины токо­ подвода.

Например, трансформатор для ферросплавной печи типа РПЗ-48 мощностью 63 МВ-А имеет маркировку ЭОЦНК-40000/150, что означает: электропечной, одно­ фазный, с водомасляным охлаждением и принудительной циркуляцией, с регулировкой под нагрузкой и комплект­ ный агрегат.

В агрегат входит главный трансформатор и вольтодо­ бавочный трансформатор, расположенные в общем баке.

278

Главный трансформатор имеет специальную обмотку для включения установки продольно-емкостной компенсации (см. § 12-2). Габаритная мощность агрегата 40 000 кВ-А

Рис. 8-8. План и разрез установки дуговой сталеплавильной печи 80 т.

2 — печь; 2 — гибкие водоохлаждаемые кабели; 3 — шинопровод короткой сети; 4 — печной трансформатор 25 МВ -А с циркуляционным охлаждением; 5 — контур заземления; 6, 7 — шины стороны В Н ; 8 — пультовое помещение; у _ввод 35 кВ; 10 — агрегат питания статора электромагнитного перемеши­ вания металла; 11 — маслонапорная установка; 12 — токоподвод к статору;

13— шлаковня.

ирабочая 21 000 кВ-А; напряжение питания 154/рЗ кВ.

Шесть электродов печи сечением G50 X 2 800 мм питают­ ся по бифилярной схеме, по два на каждый трансфор­ матор.

279

,Поскольку руднотермические печи ие требуют наклона,

аход электродов у них небольшой, благодаря чему гибкая чаРть «короткой сети» имеет незначительную длину, для приближения трансформатора к печи он устанавливается на уровне токоподвода к электродам. Тем не менее при токах в «короткой сети» более 100 кА индуктивное сопро­ тивление ее получается настолько большим, что затруд­ няет выдачу активной мощности к электродам. Для повы­ шения эффективности печи необходима установка про­ дольно-емкостной компенсации, размещаемой в печной

подстанции, где она занимает значительную площадь.

8-5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПОДСТАНЦИИ (ПП)

В отличие от цеховых ТП, где трансформируется энер­ гия переменного тока напряжением выше 1 000 В на на­ пряжение до 1 000 В с той же частотой 50 Гц, преобразо­ вательные подстанции промышленных предприятий служат для преобразования трехфазного тока в постоянный и для преобразования трехфазного тока частотой 50 Гц в трех­ фазный или однофазный ток повышенной или пониженной частоты, а также регулируемой частоты ниже и выше 50 Гц.

Преобразовательные подстанции совмещаются с транс-

,форматорными или распределительными пунктами (РП) но возможности ближе к своим потребителям в целях сокра­ щения сетей постоянного тока и преобразованной частоты.

Преобразователи токаи частоты индивидуального назначения, работающие по блочной схеме преобразователь — электроприешшк, здесь не рассматриваются. Они относятся к области электропривода (системы ДГД, УРВ-Д, тиристорные и др.) или к области электротехнологии (установки электромагнитного перемешивания метал­ лов при частотах 0,5—2 Гц; сварочные машины с преобразованием частоты до 2—5 Гц; установки электронагрева с ламповыми ге­ нераторами при частотах в десятки килогерц и выше и др.).

Для преобразования'трехфазного тока в постоянный применяются следующие преобразователи, постепенно сменявшие друг друга по мере развития электротехники: машинные, ртутные и полупроводниковые.

а.МАШИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Од н о я к о р и ы е и р е о б р а з о в а т е л и в виде синхронной машины с кольцами и коллектором выпуска­

лись до 30-х годов мощностью до 5 МВт при токах до 10—14 кА с высоким к. и. д. (до 91%).

280

Д в и г а т е л и - г е и е р а т о р ы, состоящие из ге­ нератора постоянного тока и приводного асинхронного или синхронного двигателя, широко применялись для группового питания приводов постоянного тока и уста­ новок электролиза в 30-х и 40-х годах при максимальной мощности 9 100 кВт и к. п. д. 80%.

Уже в 40-х годах двигатели-генераторы в СССР стали вытесняться ртутными выпрямителями. Поскольку ртут­ ные выпрямители не могут экономично работать при на­ пряжениях ниже 100 В, последней областью применения двигателей-генераторов были установки электролиза и дуговых электропечей постоянного тока при напряже­ ниях 40—85 В, электровозная откатка в шахтах, зарядка аккумуляторов и др.

Основные недостатки, вследствие которых двигателигенераторы вышли из применения: 1) низкий к. н. д.; 2) наличие вращающихся частей и сложность ухода за щетками и коллектором; 3) сложная строительная часть с фундаментом и вентиляцией; 4) питание напряжением не выше 10 кВ.

Однако двигатели-генераторы имеют и свои достоинства, которые. в некоторых случаях играют решающую роль: 1) независимость напряжения постоянного тока от напря­ жения сети переменного тока; 2) возможность простого регулирования напряжения при нагрузке; 3) возмож­ ность компенсации реактивной мощности путем перевоз­ буждения синхронного двигателя; 4) возможность ревер­ сивной работы — передача энергии из сети постоянного тока в сеть переменного тока; 5) отсутствие генерации высших гармоник.

Новые возможности двигателей-генераторов появились в 50-х годах в связи с развитием униполярных генерато­ ров, особенно при жидкометаллическом токосъеме. В пер­ вых униполярных машинах вследствие вращения в магнит­ ном поле диска получалась разность потенциалов между -центром и краем диска. За счет разности потенциалов щеточным контактом можно снимать с диска постоянный ток, но из-за щеточного контакта нельзя увеличивать скорость диска, так что напряжение таких машин нахо­ дилось в пределах нескольких вольт, хотя ток достигал 150 кА (с перегрузкой до 270 кА при напряжении 7,2 В).

С развитием атомной энергетики униполярные машины получили применение в качестве источника питания электромагнитных насосов для перекачки жидких метал­

281

лов-теплоносителей, где требовались большие токи при малых напряжениях. Техника применения жидких метал­ лов, включая сплав NaK, привела к быстроходной кон­ струкции униполярных машин с жидкометаллическим контактом, который оказался на сплаве NaK более удач­ ным, чем ртутный контакт.

За рубежом созданы униполярные генераторы на 150 кА с напряжением G7 В; при последовательном соеди­ нении шести генераторов, вращаемых паровой турбиной, получается агрегат 400 В, 150 кА или 60 МВт с к. п. д. 98% (электрическим). Другой тип униполярного генера­ тора выполнен на ток 550 кА при напряжении 45 В.

Униполярные генераторы создают идеальное (без пуль­ саций) постоянное напряжение и применяются в экспери­ ментальных установках (ускорители частиц и др.) для создания сверхмощных магнитных полей.

Таким образом, двигатели с униполярными генера­ торами могут конкурировать с другими преобразователь­ ными установками в тех случаях, когда напряжение по­ стоянного тока должно быть стабильным, без пульсации.

Изготовляемый в СССР униполярный генератор тина УГ на 25 В, ИЮ кА применяется в схемах тонкого регули­ рования напряжения в установках электролиза алю­ миния.

Подсчеты показывают, что применение униполярных генераторов с криогенной системой сверхпроводящих обмоток возбуждения на напряжение 850 В и ток 165 кА при к. п. д. 99%, вращаемых конденсационными паро­ выми турбинами мощностью 300 МВт (но два генератора на турбину), для питания электролиза алюминия полу­ чается более, эффективным, чем существующая система с выпрямителями, питающимися от энергосистемы [J1.8-7I.

б. РТУТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Для электроснабжения постоянным током в 40—50-х го­ дах стали применять металлические ртутные выпрямители с воздушным или водяным охлаждением. Небольшие выпрямители выполняются многоанодными с тремя или шестью анодами в общем вакуумном корпусе; более мощ­ ные собираются в агрегаты из одноанодных цилиндров но 6 или 12 шт. в комплекте. Для поддержания глубо­ кого вакуума (около 1 мк рт. ст., или 10 6 кгс/см2) выпря­ мители выполняются запаянными после откачки или снабжаются автоматизированными вакуум-насосами.

282

Маркировка РМ-200 обозначает: ртутный металлический выпрямитель, 200 А, запаянный, треханодный, с воздуш­ ным охлаждением. При водяном охлаждении добавляется буква В, например, РМВ-250 X 3 — ртутный металли­ ческий выпрямитель с водяным охлаждением, 750 А. При наличии вакуумного насоса с автоматическим управлением добавляются буквы А и И; например, АРМНВ-500 X 6 обозначает автоматизированный ртутный металлический выпрямитель из шести одноанодных цилиндров по 500 А

Б-}0-35кВ

Рис. 8-9. Принципиальная схема ртутного выпрямителя с двумя обратными звездами и уравнительным реактором.

каждый, с вакуум-насосом и водяным охлаждением, общий ток 3 000 А при напряжении до 600 В. При повы­ шении напряжения выше 600 В допустимый ток выпря­ мителя снижается; при 3 300 В (для электрических желез­ ных дорог) составляет для АРМНВ-500 . X 6 всего 750 А. Максимальный ток одноанодных цилиндров достигает 1 000 А.

Питание мощных ртутных выпрямителей производится от специальных трансформаторов ТМРУ, что означает трехфазный масляный трансформатор для ртутного вы­ прямителя с уравнительным реактором. Схема соединения обмоток такого трансформатора с двумя обратными звез­ дами и уравнительным реактором приведена на рис. 8-9.

283

Ветви уравнительного реактора создают дополнительные напряжения, которые уравнивают напряжения в двух смежных фазах, что приводит к параллельной работе вентилей (анодов), связанных с ними. В каждый момент времени ток проводят две вторичные обмотки разных звезд. Кривая выпрямленного напряжения имеет шести­ кратную периодичность, и выпрямленный, ток .получается пульсирующим. Для сглаживания пульсаций приме­ няются дополнительные реакторы в цепи постоянного

тока.

При установке анодных делителей накаждой фазе получается 12-фазная схема выпрямления и соответствую­ щее увеличение мощности. При 12 цилиндрах по 500 А общий ток получается 6 кА. Агрегат с общим трансформа­ тором и четырьмя выпрямителями по 12 цилиндров обес­ печивает общий ток до 20 кА, что при напряжениипо­ стоянного тока 800 В соответствует мощности 16 МВт.

Потеря мощности в ртутных выпрямителях

уравнительном реакторе на устройство зажигания дуги, электропривод вакуумного насоса и насоса теплообмен­ ника, не зависящие от нагрузки и напряжения; К 3 — коэффициент загрузки; Pd — номинальная мощность вы­ прямителя по постоянному току; АUа — падение напря­ жения в дуге (16—20 В), не зависящее от нагрузки и напряжения постоянного тока; Ud — номинальное на­ пряжение выпрямленного тока; АРК3 — потери в обмотке трансформатора при полной нагрузке.

Слагаемое K3PdÄUa/Ud в уравнении (8-1) показывает, что при данной мощности выпрямителя потеря зависит от напряжения постоянного тока — чем выше напряжение, тем потеря меньше. Следовательно, к. и. д. выпрямителя зависит от напряжения постоянного тока. Поэтому ртут­ ные выпрямители нерационально применять при напря­ жениях ниже 250 В, так как 20 В теряются в дуге. При повышении напряжения с 250 до 600 В к. и. д. увеличи­ вается с 92,5 до 96%.

При работе ртутного выпрямителя в питающей сети переменного тока возникают высшие гармоники тока и напряжения (см. § 12-4). Отношение действующего зна­ чения первой гармонической, определяющей величину

284