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

Применение системы с заземленной нейтралью и эко­ номия, получаемая при этом на коммутационной аппара­ туре (отсутствие на заземленных проводах выключателей и предохранителей), привели к идее создания трехфазной трехпроводной сети с одной заземленной фазой и исполь­ зованием двухполюсной аппаратуры. Эта система полу­ чила название ДПЗ («два провода — земля»). Такая си­ стема применялась в США при напряжении 440 В. У нас такая система распространения в промышленности не получила. Неудовлетворительной показала себя в эк­ сплуатации система ДПЗ и в малонаселенных и сельских районах при напряжении 0—10 кВ.

Частота тока. Стандартной частотой для наших энерго­ систем и промышленных предприятий является частота 50 Гц, принятая также во всех европейских странах и развивающихся странах Азии и Африки, имеющих эко­ номические связи с Европой.

В США вначале была неудачно принята частота 25 Гц, которая сохранилась на старых гидроэлектростанциях и некоторых предприятиях. Эта частота непригодна для освещения, так как она дает стробоскопический эффект; для привода она может дать максимально 1 500 оборотов

вминуту, что недостаточно. Впоследствии в США была введена частота 60 Гц, которая принята и в других стра­ нах западного полушария. Международная Электротех­ ническая Комиссия (МЭК) признала стандартными ча­ стоты 50 и 60 Гц.

Электродвигатели, изготовленные для частоты 60 Гц, могут работать в сети с частотой 50 Гц, но напряжение двигателей должно быть понижено пропорционально ча­ стоте. Так, для работы в сети напряжением 380 В и часто­ той 50 Гц электродвигатели с частотой 60 Гц должны иметь номинальное напряжение в пределах 450—460 В. Соответственно уменьшению частоты уменьшится и ча­ стота вращения. Электродвигатели, изготовленные для частоты 50 Гц, не могут работать в сети с частотой 60 Гц;

вэтом случае необходима установка преобразователя ча­ стоты с 60 на 50 Гц. Трансформаторы и аппараты, изго­

товленные на частоту 50 Гц, могут применяться в сети

счастотой 60 Гц.

Впромышленности применяются также пониженные частоты:

1) 0,5—1,5 Гц — для электромагнитного перемешива­ ния стали в электропечах;

27

2) 2—5 Гц — для контактной электросварки путем преобразования частоты и числа фаз в специальных сва­ рочных машинах, где энергия трехфазного тока частотой 50 Гц преобразуется в энергию однофазного тока частотой 2 - 5 Гц;

3) 10—40 Гц — для регулирования скорости электро­ приводов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, например для привода роликов рольгангов в про­ катных станах.

В установках пп. 1 и 2 питание потребителей понижен­ ной частоты производится блоком преобразователь—по­ требитель, так что проблема распределения энергии на этой частоте отсутствует; распределительная сеть понижен­ ной частоты требуется лишь в установках и. 3 — для рольгангов и т. п.

Повышенные и высокие частоты применяются в про­ мышленности:

1) для высокочастотного электроинструмента сбороч­ ных цехов автопромышленности и других поточных про­ изводств, где повышенная частота (обычно 175—200 Гц) позволяет изготовлять электроинструмент более легким

иудобным за счет применения быстроходных двигателей;

2)для электропривода центрифуг в промышленности искусственного волокна 100—200 Гц;

3)для электропривода деревообрабатывающих стан­ ков, в которых для получения высоких скоростей резания

по дереву (до 20 000 об/мин) применяются частоты до

400Гц;

4)в установках индукционного сквозного нагрева

металлов для горячей штамповки и ковки — от 500 до 10 000 Гц;

5) в установках поверхностного нагрева металлов для закалки и термообработки с частотами от 2 000 до ІО6 Гц и диэлектрического нагрева неметаллических материалов (керамики, дерева, пластмасс) при частотах от 100 кГц до 100 МГц.

Только в последнем случае имеет место индивидуаль­ ное питание потребителя блоком от своего генератора, обычна лампового. В остальных случаях энергия распре­ деляется при повышенных частотах до 10 000 Гц, которые стандартизированы в СССР (ГОСТ 6697-67).

Р е ж и м р а б о т ы . Согласно ГОСТ 183-66 для электродвигателей и аналогично для трансформаторов по нагреву установлена следующая классификация режимов:

28

^ п р о д о л ж и т е л ь н ы й р е ж и м , при кото­ ром температура электродвигателя или трансформатора возрастает по экспоненте и устанавливается постоянной в зависимости от нагрузки через время, равное примерно трем постоянным времени нагрева обмоток;

2) к р а т к о в р е м е н н ы й р е ж и м — с неуста­ новившейся температурой и охлаждением после рабочего периода до температуры окружающей среды;

3) п о в т о р н о - к р а т к о в р е м е н н ы й р е - ж и м (ПКР), при котором температура повышается во время работы и снижается во время пауз, однако нагрев не превосходит допустимого, а охлаждение не достигает температуры окружающей среды.

Режим ] ІКР характеризуется величиной продолжитель­ ности включения (ГІВ) в процентах или долях единицы, равной отношению времени включения Ів ко времени

Фактическая работа двигателей и трансформаторов внутри каждого режима проходит при изменяющейся нагрузке, вследствие чего отыскиваются эквивалентные по нагреву режимы, соответствующие нормированным продолжительным или ПКР.

Для двигателей подъемно-транспортных и других меха­ низмов, работающих в режиме ПКР, установлены стан­ дартные значения ПВ, равные 15, 25, 40 и 60%. Для машин контактной сварки ГОСТ 297-61 установлены только ниж­ ние пределы ПВ 20% (для стыковых машин при дли­ тельности цикла 20 с, точечных и рельефных — при дли­ тельности цикла 1 с) и Л В 50% (для шовных машин при длительности цикла 0,5—60 с). Фактические ПВ этих машин колеблются в широких пределах, начиная с ПВ = = 0,01 %, так что возникает необходимость пересчета их мощности с номинальной ПВ на фактическую.

Теоретическое соотношение между повторно-кратко­ временными мощностями Р1, Рг при соответствующих

29

Решение вопросов электроснабжения привело к необ­ ходимости введения некоторых дополнений к характери­ стике режимов работы электроприемников по сравнению с ГОСТ. Для электроприемников продолжительного ре­ жима с переменной или постоянной нагрузкой вводится коэффициент включения, равный отношению времени вклю­ чения к общему времени tB за рабочий период — цикл, смену и т. д., включая время холостого хода,

Для группы электроприемников вводится групповой коэффициент включения, взвешенный по мощностям,

I

Распространен также термин «резко переменный режим работы» электроприемников. Под ним подразумевается режим работы мощных электроприемников, сопровождаю­ щийся значительными толчками, соизмеримыми с мощно­ стью короткого замыкания и вызывающими повышенные колебания напряжения, а иногда и частоты, в зависимости от мощности питающей системы. Этот режим характеризу­ ется частотой появления пиков нагрузки и скоростью их нарастания и снижения (кВт/e или кВ • А/с). Электроприем­ ником с резко переменным режимом работы является про­ катный двигатель с кратковременным пиком нагрузки во время прохождения болванки, чередующимся с холо­ стым ходом до момента входа в валки следующей бол­ ванки.

Степень бесперебойности электроснабжения. Согласно ПУЭ, с точки зрения бесперебойности электроснабжения, имеются три категории электроприемников:

1) электроприемники 1-й категории, нарушение элект­ роснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб народному хозяйству, связанный с повреждением оборудования, мас­ совым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса (например, главный подъем и главный вентилятор угольных шахт, подача

30

поды в доменных печах, разливочные и завалочные краны в мартеновских цехах; приводы поворота мик­ сера для жидкого чугуна и конвертора для меди, сани­ тарно-техническая вентиляция во вредных химиче­ ских производствах, крупные электролизные установки

ит. и.);

2)электроприемники 2-й категории, перерыв в элект­ роснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промыш­ ленного транспорта (металлорежущие станки, штампо­ вочные прессы, реверсивные прокатные станы, элек­ трические дуговые печи, механизмы текстильных фабрик

ит. и.);

3)электроприемники 3-й категории, к которым отно­

сятся все остальные электроприемники, не подходящие под 1-ю и 2-ю категории (подсобные цехи, вспомогатель­ ные производства и т. и.).

На каждом предприятии электроприемниками 1-й категории являются противопожарные насосы и аварийное освещение. Электроприемники 1-й категории должны обес­ печиваться автоматическим включением резерва (АВР) на другой независимый источник питания, на котором сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках, например 2-я секция шин станции или подстан­ ции, если каждая секция получает питание от независимого источника и секции не связаны между собой; если же сек­ ции связаны, то автоматически отключаются одна от дру­ гой при аварии на одной из секций.

Практика эксплуатации промышленных предприятий привела к необходимости выделения из 1-й категории осо­ бой группы электроприемников, обычно небольшой мощ­ ности, требующей резервирования питания от третьего источника питания (см. § 10-5).

Электроприемники 2-й категории такжб могут иметь второй источник питания, но переключение на него может производиться действием дежурного персонала через тот или иной промежуток времени, в зависимости от приме­ нения постоянного дежурства или работы выездной опера­ тивной бригады.

Существуют мероприятия, с помощью которых можно перевести потребителей из 1-й категории во 2-ю. Напри­ мер, одинаковые агрегаты разбивают на две и более сек­ ции сборных шин, питающиеся от разных источников пита­ ния, с таким расчетом, чтобы при отключении одной

31

чения. В ряде производств применяются резервные тех­ нологические агрегаты, электроприводы которых должны питаться от разных секций распределительного устрой­ ства, имеющих в нормальном режиме раздельное пита­ ние.

Для особо ответственных механизмов (например, при­ вод поворота миксера в мартеновском цехе, технологиче­ ские мешалки в некоторых химических производствах и др.) предусматривается установка двух электродвигате­ лей — рабочего и резервного с соответствующим дуб­ лированием питания. Иногда применяется механическое приспособление для вывода агрегата из создавшегося аварийного положения при прекращении подачи энергии за счет силы тяжести, например автоматический поворот миксера в исходное положение при прекращении подачи энергии при разливе чугуна; автоматический поворот медеплавильного конвертора с выводом фурм из-под рас­ плавленного металла в момент прекращения подачи дутья и т. д.

Поскольку в энергосистемах могут возникать аварий­ ные положения, вызывающие ограничение выдаваемой предприятиям мощности, то устанавливается «технологи­ ческая бронь» в виде минимальной мощности, обеспечиваю­ щей электроприемники 1-й категории, а при длительных перерывах обеспечивающей безаварийное прекращение технологического процесса.

Поведение различных потребителей при нарушении электроснабжения и характер возникающего народно­ хозяйственного ущерба излагаются в гл. 10.

Общее определение ПУЭ категорий электроприемников необходимо дополнять анализом условий производства и поведения потребителя при нарушении электроснабже­ ния для того, чтобы экономически была обоснована необ­ ходимая степень резервирования.

Удельный расход электроэнергии. Удельный расход электроэнергии, обозначаемый шуд и измеряемый в кило­ ватт-часах на единицу продукции, играет большую роль в расчетах, связанных с определением электрических на­ грузок и расходов электроэнергии, и равен:

W