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

ванн с шинопроводами, несущими ток до 150—200 кА. Опыты с искусственными к. з. в цехах электролиза в США показали, что в этом случае вполне надежно рабо­ тают защитные аппараты у параллельно работающих выпрямителей.

Для защиты выпрямительных агрегатов от токов к. з. применяются специальные быстродействующие автомати­ ческие выключатели, быстродействующие сеточные реле, короткозамыкатели и быстродействующие предохрани­ тели. Основная особенность этих защитных аппаратов со-

Рис. 8-15. Осциллограмма отключе­ ния тока к. з. в цепи постоянного тока.

и' и и" — кривые изменения напряжения на контактах выключателей.

стоит в том, что они ограничивают ток к. з., отключая его до достижения максимального значения.

На рис. 8-15 представлена осциллограмма отключения тока к. з. в цепи постоянного тока обычным автоматом (АВМ) и быстродействующим (ВАБ). Кривая А соответ­ ствует отключению к. з. автоматом АВМ и кривая Б — автоматом ВАБ. Полное время отключения каждого авто­ мата состоит из: t0 — времени, за которое достигнет тока уставка срабатывания автомата / уст, и t[, t'{ — соб­ ственного времени отключения выключателей (для АВМ 0,1 с и для ВАБ не более 0,005 с); оно длится от момента достижения током величины уставки до появления напря­ жения на контактах выключателя. Отрезок времени t'z, величина которого зависит от скорости нарастания напря­ жения на контактах, называется временем ограничения

297

дуги. Отрезок времени t% называется временем угасания

Дуги.

Как видно из рис. 8-15, ток к. з. при отключении быстро­ действующим выключателем ВАБ не успевает достигнуть максимального значения. Собственное время выключа­ телей ВАБ зависит от скорости нарастания тока — чем она больше, тем меньше собственное время.

Быстродействующие выключатели БАБ разделяются на: 1) выключатели обратного тока, устанавливаемые в катодной цепи выпрямителя для селективного отключе­

ния поврежденного вентиля при изменении направления тока;

2) анодные выключатели, устанавливаемые в анодных цепях для защиты от обратных зажиганий;

3) линейные выключатели — для отключений токов

к.з. и перегрузок в линиях постоянного тока.

Вкачестве катодных и линейных выключателей при­ меняются быстродействующие автоматические выключа­ тели серии ВАБ-28 на токи 1 500—3 000—6 000 А и рабо­ чее напряжение I 650—3 300 В для тяговых сетей и 825 В для промышленных установок.

Анодные выключатели типа 6 X ВАБ-15 состоят из шести полюсов, собранных в один комплект и связанных общей схемой управления. Они применяются для защиты от обратных зажиганий отдельных агрегатов. При уста­ новке нескольких параллельно работающих агрегатов применяются выключатели серии 6 X ВАБ-36.

Кроме быстродействующих автоматических выключа­ телей для защиты ртутных агрегатов применяются быстро­ действующие сеточные реле. Реле реагируют на небаланс анодных токов при обратных зажиганиях и снимают поло­ жительные импульсы с сеток, что запирает ток в вентилях.

Описанные защиты обеспечивают надежную работу ртутно-преобразовательных агрегатов. В установках полу­ проводниковых преобразователей защита усложняется. -

Ртутный вентиль легко переносит кратковременные к. з. в линии, а полупроводниковые вентили имеют неболь­ шую термическую устойчивость, которая выражается тепловым эквивалентом в виде ампер-секундного интег­ рала, представляющего собой площадь, образованную характеристикой изменения тока за время отключения

298

Для индивидуальной защиты полупроводниковых вентелей используются быстродействующие предохранители типа ПНБ, характеристика которых представлена на рис. 8-16. Полное время отключения іоткл слагается из времени расплавления <гш и времени горения дуги £гор, при котором ток уже имеет ограниченную величину. Амперсекундный интеграл предохранителя должен быть меньше, чем такой же интеграл вентиля. При внешнем к. з. пре­ дохранители не должны срабатывать и вентили должны быть устойчивыми на время срабатывания защит от внеш­ них коротких замыканий. На практике число вентилей

отключается выключателем со сто­ роны высшего напряжения. Короткозамыкатель рассчитан

на включение тока 70 кА; при больших токах вклю­ чаются два аппарата параллельно. Управление короткозамыкателем выполняется от импульсных трансформато­ ров тока, обеспечивающих необходимое быстродействие.- Практика эксплуатации короткозамыкателей показала, что настройка их достаточно сложна, и в некоторых слу­ чаях имели место ложные срабатывания. Из-за высокой надежности крупных электролизных преобразовательных установок и малой вероятности к. з. между полюсами запроектированные в таких установках короткозамыкатели были демонтированы без ущерба для надежности

работы.

Опыт применения быстродействующих предохраните­ лей типа ПНБ-5, отключающая способность которых на постоянном токе 100 кА при напряжениях до 730 В, пока­ зал вполне надежную работу кремниевых преобразова­ телей без установки короткозамыкателей. Предохранители

299

ПНБ-5 (660 В, 300 А) надежно защищают в преобразова­ телях с рабочим напряжением 450 В вентили ВКД-200, работающие с нагрузкой около 70% номинальной.

Для защиты полупроводниковых агрегатов перспек­ тивным следует считать также применение .мощных плав­ ких линейных предохранителей типа ППД-12. Они выпол­ няются на рабочие токи 1 600—3 200—6 300 А и напряже­ ния постоянного тока 150—450—850 В. Отключаемый ток — до 100 и 200 кА. Ампер-секундный интеграл состав­ ляет соответственно (1 100—3 500—8 000) ■ІО3 А2-с, что обеспечивает быстродействие при отключении больших токов короткого замыкания.

Для небольших преобразовательных аТрегатов с полу­ проводниковыми вентилями возможно применение обыч­ ных (не быстродействующих) автоматов, если в цепь посто­ янного тока включить индуктивность. Последняя снижает наклон кривой постоянного тока к. з., благодаря чему время отключения обычного автомата 0,1—0,2 с может оказаться достаточным для защиты вентилей.

Описанные защиты ртутных и полупроводниковых преобразовательных агрегатов касаются только защиты со стороны выпрямленного тока. Кроме того, эти агрегаты снабжаются обычной релейной защитой со стороны выс­ шего напряжения — максимальной токовой от к. з., от токов перегрузки, газовой защитой трансформатора, от повышения температуры, от прекращения охлаждения выпрямителей и др.

8-8. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Для получения различных частот, отличных от 50 Гц, в промышленности применяются следующие преобразо­ ватели частоты: статические ферромагнитные (делители и умножители); асинхронные преобразователи частоты (АПЧ); двигатели-генераторы; ионные преобразователи частоты; полупроводниковые преобразователи частоты.

а. СТАТИЧЕСКИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Ф е р р о м а г н и т н ы е п р е о б р а з о в а т е л и ч а с т о т ы работают на принципе использования нели­ нейных магнитных элементов для получения высших (умнояштели) и низших (делители) гармоник. Так, из час­ тоты 50 Гц можно получить 25, 75, 100, 150, 200, 250, 300,

300

350 л 400 Гц. Умножители частоты применяются для пита­ ния электроприводов повышенной скорости — электро­ инструмент, деревообделочные станки, а также установки индукционного нагрева. Масса преобразователей полу­ чается примерно на 50 % больше массы трансформатора той же мощности, а к. п. д. на 2—3% ниже, чем у послед­ него.

Преобразователи выполняются однофазными и трех­ фазными, последние могут иметь трехфазный и однофазный выход повышенной частоты. Мощности преобразователей колеблются от 1 до 2 000 кВ-А (ФРГ). В СССР серийно выпускаются статические преобразователи на 400 Гц мощ­ ностью 0,2—0,5—1 кВ-А. Кафедра электрических машин и аппаратов Горьковского политехнического института провела большую исследовательскую работу в этой области под руководством доктора техн. наук проф. А. М. Бамдаса. На кафедре разработан утроитель частоты мощностью 1 000 кВ • А для питания установки индукционного на­ грева.

Достоинства статических ферромагнитных преобразо­ вателей частоты: 1) независимость выходной частоты от нагрузки; 2) отсутствие вращающихся частей и высокая надежность в эксплуатации, что позволяет легко выпол­ нить взрывозащищенное исполнение, например, для уголь­ ных шахт; 3) высокий к. п. д. (80—95% в зависимости от мощности и частоты, т. е. выше, чем у вращающихся преобразователей той же мощности); 4) низкие начальные затраты (на 10% нише стоимости вращающегося преобра­ зователя той же мощности); 5) отсутствие шума.

К недостаткам этих преобразователей можно отнести: 1) отсутствие возможности регулировать частоту; 2) нес­ колько увеличенные габариты установки по сравнению с машинными преобразователями, имеющими вертикальный вал.

б. АСИНХРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ (АПЧ)

Асинхронный преобразователь частоты состоит из двух асинхронных машин — приводного двигателя Д с корот­ козамкнутым ротором и генератора Г с контактными коль­ цами (рис. 8-17). Направление вращения поля статора генератора противоположно вращению роторов, в резуль­ тате чего в роторе генератора индуцируется ток частоты

301

где пг, пя — частота вращения поля генератора и ротора двигателя, об/мин; р т— число пар полюсов генератора.

Ток повышенной до 400 Гц частоты снимается с колец генератора. Основное назначение АПЧ — питание мелких приводов — электроинструмент, прядильные центрифуги искусственного волокна, деревообделочные станки и др.

Нашей промышленностью выпускаются АПЧ на 75—400 Гц мощностью 1—125 кВт с к. п. д. 50—85%.

Однако серийное производство одномашинных АПЧ, тре­ бующих специальной формы стали, недостаточно эффек­ тивно, так как в двухмашинных агрегатах используются стандартные элементы асинхронных машин, что удешев­ ляет их производство.

Основные достоинства АПЧ: 1) простота конструкций; 2) сравнительно низкие начальные затраты; 3) малые габа­ риты при вертикальном вале. К недостаткам относятся: 1) необходимость ухода за вращающимися частями; 2) зави­ симость частоты от нагрузки при увеличении скольжения; 3) значительный шум.

Данные выпускаемых в СССР АПЧ приведены в при­ ложении П-ІІ.

в. ДВИГАТЕЛИ-ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторы повышенной частоты типа ГСЧ до 500 Гц выполняются трехфазными, а для более высоких частот типа ВГО и ВГВФ — однофазными. Трехфазные гене­ раторы, приводимые двигателями постоянного тока с регу­ лированием частоты вращения, применяются для питания асинхронных двигателей при переменной частоте. Напри­ мер, для частотного регулирования приводов роликов

302