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

Основные достоинства полупроводниковых преобразо­ вателей: 1) высокий к. п. д., достигающий 98—99%;

2)возможность питания любым напряжением 6—35 кВ;

3)малые габариты и масса; 4) отсутствие вращающихся частей (не считая вентилятора); 5) надежность, долговеч­ ность и постоянная готовность в работе; 6) устойчивая внеш­ няя характеристика; 7) отсутствие вредных паров ртути.

Полупроводниковые агрегаты в СССР и за рубежом полностью вытеснили остальные выпрямители в новых установках и постепенно заменяют их в действующих.

Кроме установок электроснабжения полупроводнико­ вые вентили (простые диоды и управляемые тиристоры) широко применяются в электроприводе, в цепях возбу­ ждения мощных генераторов и синхронных двигателей, включая системы бесщеточного возбуждения, в установ­ ках преобразователей частоты, на электрифицированном транспорте и т. п.

8-6. ВЫБОР ТИПА, ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА И МЕСТА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

В современных условиях применение униполярных генераторов может потребоваться лишь для специальных установок, где необходимо идеальное постоянное напря­ жение без пульсаций, и, таким образом, двигателямгенераторам отводится очень небольшая область приме­ нения. Все основные задачи электроснабжения промыш­ ленных потребителей постоянным током успешно решаются полупроводниковыми преобразователями. Число и мощ­ ность преобразовательных агрегатов принимают в соот­ ветствии с расчетной нагрузкой. Для потребителей II ка­ тегории (например, цехи металлопокрытий) резервные агрегаты не ставятся; для мощных электролизных уста­ новок I категории предусматриваются резервные агре­ гаты, число которых принимается с учетом графика ре­ монта рабочих агрегатов. Для установок электролиза, в которых возможно появление анодных эффектов с крат­ ковременным возрастанием нагрузки, мощность агрега­ тов берется с некоторым запасом.

290

Число преобразователей желательно иметь минималь­ ное за счет укрупнения агрегатов, поскольку более круп­ ные агрегаты получаются экономичнее по начальным за­ тратам и по потерям энергии.

Выбор напряжения для питания трансформаторов преобразователей связан с выбором напряжения для всего предприятия, причем всегда следует стремиться к более высокому напряжению, обосновывая его соответствую­ щими технико-экономическими расчетами.

Место расположения преобразовательных подстанций для цехов металлопокрытий и электролиза обусловли-

Рис. 8-12. Общий вид шкафа комплектной выпря­ мительной подстанции КВПП-460-2000.

вается технологической планировкой. Помещения элек­ тролиза имеют агрессивную среду, и преобразовательные агрегаты следует выносить в отдельные помещения, по возможности не удаляя агрегаты от ванн. В цехах метал­ лопокрытий агрегаты питания ванн следует располагать не в торцах пролета, а за стенкой вдоль пролета с ван­ нами, иначе сети к ваннам потребуют много дефицит­ ного цветного металла и в них будут большие потери энергии.

Для крупных цехов электролиза в цветной металлур­ гии и химии ПП должны располагаться в пристройке к цеху. При этом следует учесть преобладающее напра­ вление ветров и выделение агрессивных газов (напри­ мер, хлора), чтобы выход их из сбросных вентиля­ торных устройств был направлен в сторону от ПП во

Рис. 8-13. Компоновка кремниевой преобразовательной под­ станции. КПП 450 В, 200 кА корпуса электролиза алюминия.

избежание повреждения аппаратуры в результате кор­

розии.

Для комплектных преобразовательных подстанций (КВПП), питающих цеховые сети постоянного тока (рис. 8-12), выбор места диктуется максимальным приближением их к центру нагрузок со стороны питания. В мартеновских и конверторных цехах желательно иметь не отдельно стоящие КВПП, а встроенные в корпус или пристроен­ ные. В прокатных цехах они располагаются в машинных залах или в помещениях станций управления электро­ приводами, с выходом непосредственно на сборные шины

Рис. 8-14. Расположение КПП при корпусах электролиза алюми­ ния.

станций управления. В доменных цехах КВПП поме­ щаются в машинном зале скипового подъема или при­ страиваются к помещению бункеров. Расположение пре­ образовательных агрегатов для электрофильтров опре­ деляется планировкой установок газоочистки. При раз­ бросанных нагрузках постоянного тока составляется кар­ тограмма, позволяющая ориентировать КВПП на макси­ мальное приближение к центру нагрузки.

На рис. 8-13 дан пример компоновки мощной преобра­ зовательной подстанции электролиза алюминия на восемь агрегатов по 25 кА при 450 В общей мощностью 80 МВт. На рис. 8-14 дано общее расположение таких подстан­ ций при корпусах электролиза алюминия. Около каж­

печивающая питание двух преобразователей одновре­ менно.

293

8-7. ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ЗАЩИТА УСТАНОВОК ПОСТОЯННОГО ТОКА

няется тем, что реактивные сопротивления действуют только в период переходного процесса к. з., так как при установившемся к. з. величина тока ограничивается только омическими сопротивлениями. В современных мощных электролизных установках с рабочими токами 100—150— 200 кА величина токов к. з. исчисляется миллионами ампер; изготовление аппаратов, способных отключать такие токи, сложно. В этих случаях проблема защиты решается применением быстродействующих автоматиче­ ских выключателей или предохранителей, способных отключить постоянный ток к. з. в переходном процессе до достижения им установившегося значения. Скорость нарастания постоянного тока к. з. в современных уста­ новках достигает 7—8 млн. А/с, и ток через 0,001 с со­ ставляет 7—8 тыс. А.

Для расчетов токов к. з. в установках постоянного тока, питаемых от машинных генераторов, в настоящее время не существует общепризнанного метода. На прак­ тике пользуются опытными данными заводов-изготови- телей, согласно которым кратность максимального тока зависит от произведения мощности в киловаттах на число оборотов в минуту, а также от наличия компенсационной обмотки. Для крупных компенсированных машин эта кратность достигает 15—16 номинального тока.

Опыт эксплуатации установок с мощными генерато­ рами постоянного тока показывает, что при к. з., не ог­ раниченном специальной защитой, динамические удары приводят к срыву шинопроводов постоянного тока. Ком­ плектные шинопроводы типа ШМАД рассчитаны на удар­ ный ток 70—100 кА.

Защита машинных генераторов выполняется быстро­ действующими автоматическими выключателями или пре­ дохранителями, отключающими ток к. з. до достижения им предельного значения.

Для выпрямительных установок токи к. з. на вторич­ ной стороне питающего трансформатора рассчитываются как обычно для систем переменного тока.

Короткое замыкание на стороне выпрямленного тока представляет собой симметричное замыкание вторичных

294

обмоток питающего трансформатора. Для ртутного вы­ прямителя, питающегося по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором», среднее значение выпрям­ ленного к. з. без учета активных сопротивлений в цепи коммутации и падения напряжения в дуге при полностью открытых сетках, А, (а = 0)

где U2 — номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В; хг = хт+ хс — индуктив­ ное сопротивление цепи коммутации, состоящее из сопро­ тивления трансформатора и системы, Ом.

Величина U2 определяется из выражения, В,

Более точные результаты (в сторону уменьшения) получаются при учете активных сопротивлений в цепи коммутации (сопротивления обмоток трансформатора и сопротивления, соответствующего падению напряжения

Постоянная слагающая уменьшает действующее на­ пряжение, а переменная увеличивает активное сопротивле­ ние в контуре:

Тdnep = 0,001 Ом.

295

Активное сопротивление трансформатора

где

гт АРк.з

Среднее значение тока к. з. с учетом активных сопро­ тивлений и постоянного падения напряжения в дуге, А,

Установившийся ток к. з. имеет пульсирующий ха­ рактер с максимальным значением волны:

т_“ г

*dkм — ß 1 dk •

В переходный период максимальное значение тока к. з. увеличивается за счет присутствия в анодных токах апериодической слагающей

I dk — А т/ ййм-

Величина К х зависит от отношения г/х и в среднем может быть принята равной 1,8 аналогично ударному коэффициенту. Если к. з. происходит за реактором сгла­ живающего устройства, ток к. з. нарастает медленно и скачка в начальный момент не наблюдается.

При трехфазной мостовой схеме выпрямления, приме­ няемой для полупроводниковых выпрямителей, получаются три полуволны, из которых складывается выпрямленный ток; для среднего тока к. з., А,

Внутренними сопротивлениями полупроводниковых вен­ тилей можно пренебречь, так как они незначительны и мало изменяются с увеличением тока.

Для снижения вероятности к. з. в установках постоян­ ного тока принимаются специальные меры. Шины разных полюсов по возможности удаляются друг от друга. В мощ­ ных электролизных установках шинопроводы разных по­ люсов проходят по рядам удаленных друг от друга ванн и выходят по разным сторонам цеха. Таким образом, прак­ тически нет необходимости защищать от токов к. з. серию

296 ■-