/
Author: Мукосеев Ю.Л.
Tags: электротехника электричество электроснабжение промышленные предприятия издательство энергия
Year: 1973
Text
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Ю. л. МУКОСЕЕВ
62/3//
мдо
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Допущено Министерством высшего и средне-
го специального образования СССР в каче-
стве учебника для студентов высших учеб-
ных заведений, обучающихся по специаль-
ности «Электроснабжение промышленных
предприятий, городов и сельского хозяйства».
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1973
Библиотека АрТИ
гЬнлиадл ЛВГТУ
6П2.1
М 90
УДК 621.311.4 (075 8)
Мукосеев Ю. Л.
М 90 Электроснабжение промышленных предприятий.
Учебник для вузов. М., «Энергия», 1973.
584 с. с ил.
Книга предназначена в качестве учебника для студентов энер-
гетических и политехнических вузов, обучающихся по специально-
сти 0303 «Электроснабжение промышленных предприятий, городов
и сельского хозяйства». Содержание книги соответствует программе
курса, утвержденной МВ и ССО СССР, и охватывает характеристики
электронриемников, распределение электроэнергии при напряже-
ниях до 1000 В и выше, трансформаторные и преобразовательные
подстанции, схемы электроснабжения, вопросы надежности и ре-
версирования, режимы реактивной мощности и напряжения, авто-
матизацию и диспетчеризацию систем электроснабжения.
Книга может быть полезна студентам других специальностей,
изучающим вопросы электроснабжения; инженерам и техникам,
работающим но проектированию. монтажу и эксплуатации систем
электроснабжения промышленных предприятий.
0339-519
М 051 (01)-73 0 73 6П2’
© Издательство «Энергия», 1973 г.
МУЧОСЕГВ ЮРПЛ ЛЕОНИДОВИЧ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Редактор М. В Грейс ух
Редактор издательства Л. В. Копейкина
Переплет художника Л А. Иванова
Технический редактор Г. Г. Самсонова
Корректор В. С. Антипова
Сдано в пабор 27/IV 1973 г Подписано к печати 5/Х 1973 г Т-13993
Формат 84x108’/34 Бумага типографская № 2. Усл неч. л. 30,66.
Уч.-изд. л. 32,74. Тираж 50 000 экз. Зак. 825. Цена 1 р. 28 к.
Издательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградская типогра-
фия № 1 «Печатный Двор» имени А М. Горького Союзполиграф-
прома при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. Ленинград,
Гатчинская ул.. 26
ОГЛАВЛЕНИЕ
П редис ловле........................................ 8
Глава первая. Общая часть............................ 10
1-1 Роль советских и зарубежных ученых и инжене-
ров в развитии электроснабжения промышлен-
ности ...................................... Ю
1-2. Развитие промышленности СССР но Директивам
XXIV съезда КПСС и ее роль в мировом произ-
водстве ................................ ч . . . 12
1-3. Особенности электроснабжения промышленных
предприятий................................ 16
1-1. Режимы систем электроснабжения промышлен-
ных предприятий............................ 19
1-5. Основные положения тсхнико-экопомического
расчета.................................... 20
1-6. Основные характеристики потребителей электро-
энергии ................................... 23
Глава вторая. Потребители и приемники электроэнергии
с электродвигателями .................................. 34
2-1 Горнодобывающая промышленност г. ......... 34
2-2. Черпая металлургия........................ 41
2-3 Машиностроение* и металлообработка ....... 51
2-4 Химическая промышленность ................ 56
2-5. Нефтеперерабатывающая промышленность ... 58
2 6 Бумажпо-целлюлозная промышленность .... 60
2-7. Текстильпая и легкая промышленное™ .... 61
2 8. Промышленность строительных материалов ... 62
2-9. Общепромышленные установки................ 66
Глава третья Электротехнологические и осветительные
установки.............................................. 73
3 1. Электротермические установки ............. 73
3-2. Электросварочные установки.............. 84
3-3. Электролизные установки................. 89
3-4. Установки электрического поля напряжением
выше 1 000 В............................. 93
3-5. Осветительные установки................. 95
Глава четвертая. Род тока и напряжения промышлен-
ных электроустановок .......................... 98
4-1. Технпко экономические обоснования выбора ро-
да тока . ................................... 98
1* 3
4-2. Напряжения алектропрш мнпков постоянного
тока........................................ 9’1
4-3. Напряжч кия электродвигателей переменного
тока........................................ 1<Ю
4-4. Напряжения электротехноло! пческпх и конден-
саторных установок.......................... 107
4-5. Напряжения осветительных установок и схемы
питания силовых и осветительных элсктронрием
ников............................................ 109
I
Глава пятая. Электрические нагрузки я графики потре-
бления электроэнергии ................................. 113
5-1 Расчетные нагрузки для выбора мощностей
трансформаторов, преобразователен и сечении
проводников.................................. ИЗ
5-2. Определение электрических nai рузок с помощью
расчетных коэффициентов..................... 121
5-3. Расчетные нагрузки однофазных электропрнем-
ннков....................................... 131
5-4. Расчет электрических нагрузок с помощью ЭВМ 134
5-5. Вспомогательные методы определения расчет-
ных нагрузок Общезаводские нагрузки .... 137
5-6. Определение пиковых нагрузок и нагрузок ма-
шин контактной электросварки ............... 144
5-7. Экономическая плотность тока в проводниках 157
и экономическая нагрузка трансформаторов
5-8. Потребители реактивной мощности промышлен-
ных предприятии............................. 159
5-9 Графики нагрузок н потребления активной и
реактивной энергии ......................... 162
Глава in ест а я Распре деление электроэнергии при на-
пряжении до 1 000 В.................................... 170
6-1. Классификация помещений и наружных уста-
новок но окружающей среде................... 170
6-2 Схемы сетей напряжением до 1 ООО В.......... 174
6-3. Распределительные шкафы и щитки............. 182
6-4. Марки проводов в кабелей п область их приме-
нения ...................................... 185
6-5. Цеховые сети напряжением до 1 ООО В в поме-
щениях. не опасных по пожару и взрыву .... 188
6-6. Сети для мпогоамперных установок Переменною
тока........................................ 198
6-7. Сети для мпогоамперных установок постоянного
тока....................................... 2<М)
6-8. Электрооборудование и сети пожароопасных
помещений .................................. 212
6-9. Электрооборудование и сети взрывоопасных по-
мещений .................................... 213
6-Ю. Сети для передвижных злектроприсмииков . . 223
6-11. Сети для сварочных установок............... 228
6-12. Сети для установок повышенной частоты . . . 230
1
Глава седьмая. Расчет и защита сетей переменного
тока напряжением до 1 000 В............................ 231
7 1 Расчет сетей................................ 231
7-2. Токи короткого замыкания.................... 242
7-3. Защита сетей п установок.................... 245
Глава восьмая Цеховые трансформаторные и преобра-
зовательные подстанции................................. 262
8 1. Трансформаторы и схемы пх питания......... 262
8-2. Компоновки цеховых трансформаторных под-
станции (ТП).............................. 2Г>4
8-3. Выбор места, числа и мощности трансформато-
ров цеховых ТП............................. 268
8-4. Подстанции электропечей...................... 277
8-5 Преобразовательные установки в подстанции
(ПП)........................................ 280
8-6. Выбор тина, числа к мощности преобразовате-
лей тока и места преобразовательных под-
станции ................................... 29о
8-7. Токи короткого замыкания и защита установок
постоянного тока............................ 294
8-8. Преобразователи частоты...................... 300
8-9. Выбор преобразователей частоты и их размеще-
ние ........................................ зо9
8-10. Испытательные станции первичных двигателем
(ИСИД)............................................ 310
Глава девятая Распределение элс ктроэнерпш при на-
пряжении выше 1 000 В.................................. 313
9-1 Схемы присоединения электронрпемпиков на-
пряжением выше 1 000 В—электродвигателей,
электропечей .............................. 313
9-2. Картограмма нагрузок; выбор места и мощности
РП и ГПП.................................... 319
9-3. Общие принципы построения схем электроснаб-
жения промышленных предприятии............. 325
9-4. Марки и конструкции кабелей напряжением G—
110 кВ ..................................... 330
9-5. Системы прокладки кабелей................... 331
9 6. Токопроводы напряжением выше 1 000 В . . . . 343
9-7. Расчет сетей напряжением выше 1 000 В по рабо-
чим н аварийным режимам..................... 352
9-8. Электрическая защита подземных сооружений
от электрохимической коррозии............... 353
9-9. Конструкции и компоновки РП п ГПП. Комп-
лектные устройства КРУ, КРУП и КСО .... 358
9-10. Выбор напряжения питания и распределения
электроэнергии по предприятию............... 369
Глава десятая. Надежность электроснабжения, ущер-
бы и |м?зервироваи11о .*.......................... 375
10-1. Основные определения ....................... 375
10-2. Определение ущерба от нарушения электро-
снабжения .......................'........... 377
5
10-3. Оценка вероятного времени нарушения электро
снабжения ...................................... 381
10-4. Определение вероятности нарушения электро-
снабжения и среднего количества недополучен-
ной электроэнергии............................. 388
10-5. Агрегаты резервного питания (АРП)........ 391
Глава одиннадцатая. Режимы реактивной мощ-
ности в сетях промышленных предприятий ............. 396
11-1. Основные положения....................... 396
11-2. Мероприятия по уменьшению реактивных нагру-
зок ...................................... 397
11-3. Компенсирующие устройства для реактивных
нагрузок ................................. 399
11-4. Статические конденсаторы................ 402
11-5. Синхронные двигатели в генераторы ...... 407
11-6. Синхронные компенсатш)ы................. 411
11-7. Компенсационные преобразователи......... 413
11-8. Статические источники реактивной мощности
(ИРМ)..................................... 416
11-9. Передача реактивной мощности посети.... 417
11-10. Методика выбора способа компенсации реактив-
ной нагрузки.............................. 418
11-11. Компенсация реактивной н.п рузьи электрспри
емников напряжением до 1 <Ю0 В............ 421
11-12. Компенсация реактивной нагрузки электропрп
емников напряжением выше 1 ООО В.......... 426
11-13. Распределение конденсате»ров в сети..... 428
Глава двенадцатая Режимы напряжений в сетях
промышленных предприятий....................... 431
12-1. Отклонения и колебания напряжений........ 431
12-2. Средства регулирования напряжения в сетях
промышленных предприятий ...................... 439
12-3. Комплексное решение вопросов регулирования
и компенсации реактивных нагрузок......... 419
12-4. Высшие гармоники и песимметрия напряжения
в сетях промышленных предприятий.......... 453
Глава тринадцатая. Учет и экономия электро-
энергии. Измерении............................ 46-1
13-1. Учет электроэнергии и измерения.......... 465
13-2. Электробаланс и борьба с потерями электро
энер! ии........................................ 47и
Глава чет ы р и а д ц а т а я. Само за пуск трехфазных
электродвигателей ............................ 472
14-1. Осиовпыо положения...................... 472
14-2_ Выбе> и разгон электродвигателей........ 474
14-3. Уровни напряжения п избыточные* моменты при
самозапуске............................... 479
14-4. Длительность самозанх ска и нагрев обмоток дви-
гателей ...................................... 482
6 • z
14-5 Токи включения при самозапуске........... 483
14-6. Ресинхронизация синхронных двигателей н
проверка ее успешности........................ 485
Глава пятнадцатая Основы автоматизации и дис-
петчеризации систем электроснабжения промышлен-
ных предприятии................................ 48G
15-1. Повышение надежности электроснабжения при
метши нем автоматики ........................ . 486
15-2. Диспетчеризация электроснабжения иромыш
ленных предприятий............................. 493
Глава шестнадцатая Особенности защитных зазем-
лений п меры элсктробсзопаспости в промышленных
электроустановках.............................. 500
16-1. Заземления в установках с изолированной и за-
земленной нейтралью....................... 500
16-2 Особенности защитных мер электробезопасностп
в установках электроди са алюминия, карбидных
электропечей и высокочастотного пагрева .... 506
16-3. Защита от статического электричества в промыш-
ленности ................................. 510
1G-4. Молниезащита промышленных зданий и соору-
жений .................................... .... 512
Приложение I Примеры расчетов.................. 518
Приложение 11. Технические данные специального
электрооборудования................................ 3-47
Приложение III. Справочные таблицы.............. 553
Список литературы................................... 580
ПРЕДИСЛОВИЕ
Промышленные предприятия являются основными по-
требителями электроэнергии, так как расходуют 67 %
всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.
В книге рассматриваются вопросы получения и распре-
деления электроэнергии в иромпредприятиях, отличные
от распределения электроэнергии в энергосистемах, го-
родских и сельских электросетях. Если в последних элект-
роэнергия вырабатывается, передается и распределяется
в виде трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц *,
то на промышленных предприятиях электроэнергия при-
меняется в разнообразных формах — в виде переменного
тока, однофазного пли трехфазного, при различных часто-
тах и напряжениях, и постоянного тока, для чего, кроме
трансформаторных, применяются преобразовательные уста-
новки, в которых преобразуются род тока, число фаз п ча-
стота.
Прогресс электроэнергетики в сфере потребительских
установок выразился в значительном увеличении потреб-
ляемых мощностей, которые по отдельным предприятиям
превышают 1 млп. кВт, повышении напряжения питания
отдельных электроирпемнпкон до 220 кВ и т. д. Все это
усложнило потребительские установки и потребовало
подготовки инженерных кадров нового профиля. В связи
с этим в 1961 г. в вузах СССР была введена новая энерге-
тическая специальность «Электроснабжение промышлен-
ных предприятий и городов». В 1970 г. она была распро-
странена и на сельское хозяйство. Несмотря па широкое
распространение указанной специальности до сих пор
отсутствовал учебник по «Электроснабжению промышлен-
ных предприятий», полностью соответствующий утверж-
♦ Для дальних передач электроэнергии, связывающих мощные
энергетические спсте\пд, внедряются электропередачи постоянного
тока, с инвертированием па приемном конце; но ко всем потреби-
тельским установкам энергия подается в впде трехфазпого тока.
8
денной МВ и ССО СССР программе. Автор надеется, jito
настоящая книга восполнит этот пробел.
В соответствии с утвержденным учебным планом дис-
циплина «Электроснабжение промышленных предприя-
тий» изучается после прохождения курсов «Электрическая
часть станций и подстанций», «Электрические сети и си-
стемы», «Техника высоких напряжений», «Релейная за-
щита и автоматика», «Переходные процессы в системах
электроснабжения», а также «Основы электропривода».
Книга рассчитана на читателя, знакомого с указанными
дисциплинами. Кроме того, по упомянутому учебному
плану отдельно изучаются курсы «Экономика энергетики»,
«Электрическое освещение» п «Телемеханизация в систе-
мах электроснабжения».
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры
«Электрические системы» МЭИ — лауреату Ленинской
премии, профессору, доктору техп. паук В. А. Веникову,
кандидатам техн, наук А. А. Глазунову, 10. А. Фокину,
В. П. Васину, доценту С. С. Лазареву, ст. преподавателю
В. В. Пивоварову и профессору Л1111ЖТ, доктору техн,
паук С. Д. Волобриискому за большой труд по просмотру
рукописи учебника и ценные замечания, сделанные ими
при рецензировании, а также М. В. Грейсуху, выполнивше-
му большую работу ио редактированию кнпги.
Все замечания п пожелания по книге просьба направ-
лять по адресу: 113114. Москва М-114, Шлюзовая набереж-
ная, 10, изд-во «Энергия».
Автор
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1-1. РОЛЬ СОВЕТСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ УЧЕНЫХ
И ИНЖЕНЕРОВ В РАЗВИТИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Следует отметить вклад советских электротехников —
ученых и инженеров в развитие электроснабжения
промпредприятий. Рост нашей промышленности и высо-
кие темпы ее развития поставили перед советскими электро-
техниками сложные задачи. Так, кандидат техн, наук
А. С. Либерман теоретически разработал и внедрил в про-
изводство прогрессивный принцип разукруппения цехо-
вых трансформаторных подстанций и приближения их
к центру нагрузки, что значительно экономит цветные ме- <
таллы и уменьшает потери электроэнергии.
Лауреатом государственной премии, профессором, док-
тором техн, паук II. А. Сыромятниковым разработаны
вопросы повышения бесперебойности работы электропри-
водов за счет упрощения схем управления и защиты, за
счет внедрения само запуска электроприводов при кратко-
временных перерывах в подаче электроэнергии, ущербов
промышленности при нарушении электроснабжения и др.
Большой вклад в теорию и практику расчета электри-
ческих нагрузок промышленных установок внесли док-
тора техн, паук Г. М. Каялов, С. Д. Волобринский; кан-
дидаты техн, наук М. К. Харчев, Э. Г. Куренной, В. С.
Лившиц, Г. Я. Вагин; инженеры Н. В Копытов, В. А. Ро-
зенберг, Д. С. Лившиц, В. II. Тихонов, Б. С. Me шел ь,
П. Н. Клейн и др.
В области рациональной компенсации реактивных на-
грузок, выбора и регулирования напряжения следует от-
метить работы докторов техн, наук Н. А. Мельникова,
А. А. Тайца, кандидатов техн, паук Л. В. Литвака.
Л. А. Солдаткиной, Ф. Ф. Карпова, Б. А. Полякова;
10
инженеров С. Г. Гительсона, М. В. Грейсуха, Э. М. Граж-
дана и др.
Широко известны в СССР и за рубежом труды доктора
техн, наук Б. А. Константинова по рациональному ис-
пользованию электроэнергии в промышленности, каче-
ству электроэнергии и другим актуальным вопросам про-
мышленной энергетики. Электроснабжению угольных
шахт посвящены работы доктора техн, наук Б. Н. Ави-
лова-Карнаухова, создавшего научно обоснованный метод
определения норм удельного расхода электроэнергии.
Вопросам надежности и ущербам в промышленности от
нарушения электроснабжения посвящены работы канди-
датов техн, наук Н. С. Афонина, В. В. Михайлова,
М. Н. Розанова. Ю. Ь. Гука и др. В 1952 г. группа инже-
неров во главе с кандидатами техн, паук М. Р. Найфель-
дом и Г. В. Сербиновским получила звание лауреатов
Государственной премии за разработку и осуществление
системы электроснабжения высокой надежности.
В 1966 г. вышел учебник «Электроснабжение промыш-
ленных предприятий» для специальности 0303 группы
авторов во главе с кандидатом техн, наук И. А. Каза-
ком. Для специальности 0628 «Электропривод и автомати-
зация промышленных установок» изданы учебники: «Элект-
роснабжение промышленных предприятий» профессора,
доктора техн, наук Б. А. Князевского и инж. Б. Ю. Лин-
кина и «Основы электроснабжения промышленных пред-
приятий» профессора, доктора техн, наук А. А. Федорова.
Инженер А. А. Ермилов опубликовал монографию «Основы
электроснабжения промышленных предприятий», отра-
жающую современную практику проектирования электро-
снабжения промпредприятий.
Большой вклад в разработку вопросов электроснабже-
ния промпредприятий внесли коллективы работников ве-
дущих проектных и монтажных организаций, а также руко-
водимая кандидатом техп. паук Г. Р. Миллером секция
электроснабжения промпредприятий при Центральном
правлении Научно-технического общества энергетиче-
ской и электротехнической промышленности. В последние
годы появились научно-исследовательские институты и ор-
ганизации. занимающиеся проблемами электроснабжения
промышленных предприятий.
Из авторов зарубежных работ по электроснабжению
промышленных предприятий следует отметить: Н. Ва-
сильева, П. Влычкова, С. Стоянова (НРБ); Ф. Клоипеля,
11
Ф. Пфайлера (ГДР); С. Гору, К. Копецки, Ч. Мойро,
Е. Созаньски (ПНР); Э. Дюрилля (Франция); В. Л. Би-
мана, В. К. Бойса, В. 1. Дикинсона, Р. Г, Кауфмана,
д. в. Фосетта, Р. Л. Циммермана (США). В частности,
опыт США отражен в ГЛ. 1-16].
1-2. РАЗВИТИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ПО ДИРЕКТИВАМ
XXIV СЪЕЗДА КИСС П ЕЕ РОЛЬ В МИРОВОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Как самостоятельная научная дисциплина «Электро-
снабжение промышленных предприятий» возникло в связи
с развитием социалистической индустрии, особенно в связи
С высокими темпами ее роста.
В птоге восьми пятилеток, успешно выполненных совет-
ским пародом под руководством КПСС, наша страна пре-
вратилась из отсталой аграрной страны в страну индустри-
ально развитую, вооруженную передовой техникой. Появи-
лись заводы-гиганты, как, например. Горьковский авто-
мобильный завод, уступивший первенство Волжскому
автомобильному заводу в г. Тольятти, который в свою оче-
редь уступит первое место Камскому автомобильному
заводу — крупнейшему в мире заводу тяжелых грузови-
ков; Магнитогорский металлургический комбинат, про-
дукция которого исчисляется миллионами тонн чугуна,
стали и проката в год, и др.
Одним из главных показателей экономической мощи
любой страны является производство металлов, в частно-
сти выплавка стали, которая в 1971 г. составила в СССР
121 млн. т при мировом производстве 578 млн. т.
Па кривой мирового производства стали отражаются
кризисы капиталистического производства, особенно по
выплавке стали в США (рис. 1-1), где в 1970 г. она соста-
вила 123 млп. т., а в 1971 г. снизилась до 112 млн. т.
В 60-х годах резко повысила темны выплавки стали Япо-
ния, достигнув в 1970 г. 93 млн. т., но снизив темп до
80 млн. т в 1971 г.; она обогнала ФРГ (40,3 млн. т),
Англию (25,2 млп. т), Францию (23 млн. т) и другие
страны.
Согласно Директивам XXIV съезда КПСС на 1975 1.
выплавка стали должна достигнуть 142—150 млп. т.
Другим показателем мощи страны является добыча
угля, служащего основным топливом в энергетике. СССР
вышел на первое место в мире по добыче угля уже в 1958 г.,
12
когда она составила 496 млп. т по сравнении) с, 382 млп. т
в США. В 1971 г. добыча угля в СССР возросла до 641 млп. т.
в то время как в США опа составила 510 млп. т. Снижение
добычи угля в США продолжается с 1947 г., когда она
достигала максимума — 621 млн. т; теперь США занима-
ют второе место по добыче угля. Добыча угля в СССР по Ди-
Рпс. 1-1. Выплавка стали в 1943—
1971 гг. п нлап на 1975 г.
1 — СССР; 2 — социалистические страны;
л — США; 4 — Япония 5 — весь мир.
рективам XXIV съезда КПСС на 1975 г. составит 685—
695 млн. т.
Велики успехи нашей промышленности в области до-
бычи нефти, прирост которой за 8-ю пятилетку составил
45%. В 1971 г. добыча нефти в СССР составила 372 млп. т,
что соответствует второму месту в мире, которого СССР
достиг еще в 1961 г. Мировая добыча нефти в 1971 г.
составила 2 375 млн. т (рис. 1-2).
Высокие темпы роста добычи нефти привели к резкому
изменению энергобаланса СССР: в 1971 г. первое место
13
занимает уже не уголь, как ранее, а нефть и попутный
газ. Большое развитие получает химическая промышлен-
ность на базе отходов нефтепромыслов (попутный газ)
Рис. 1-2. Добыча нефти в 1930—1971 гг. и план
на 1975 г.
1 —‘ СССР; t — Венесуэла, 3 — CHIA; 4 — весь мир.
и нефтепереработки (сннтез-спнрт и др.) Па 1975 г. до-
быча ш фтн в СССР по Директивам XXIV съезда КПСС
составит 480—500 млн. т.
Наибольшие темпы прироста у наг имеет выработка
электроэнергии. В начале первой пятилетки по выработке
электроипергив СССР занимал! десятое место, в 1938 г.
третьи, а в 1950 г. — второе место в миро (рис. 1-3). СССР
Ь
далеко обогнал в выработке электроэнергии все европей-
ские страны (самая мощная из них — Англия вырабо
тала в 1971 г. всего 2.52ТВтч), кроме США. Выработка
Рис. 1-3. Выработка электро.шергни в 1930—1971 гг.
в план па 1975 г.
1 — СССР; 8 — США, J — поел. мир.
электроэнергии в 1971 г. составила в СССР 800, а в США
1 820 ТВт.ч.
Важным показателем в мировом соревновании СССР
и США является производительность труда в примышлен-
ности, которая в США выше в 2 раза. Это обусловливается
более высокой энерговооруженностью труда, которая со-
ставляла на одного рабочего в год в 1970 г. в СССР
19 500 кВт-ч, а в США 47 500 кВт-ч.
Уже в 1962 г. СССР опередил США по добыче желез-
ной руды и производству кокса, цемента, тепловозов
и электровозов, металлорежущих станков, тракторов,
пиломатериалов, сборного железобетона, шерстяных тка-
ней, сахара и животного масла, а в 1971 г. по выплавке
стали.
Роль электрификации выражена в словах В. И. Ле-
нина: «Коммунизм — это есть Советская власть плюс
электрификация всей страны». В соответствии с общим
планом электрификации и социалистическим характером
народного хозяйства пашей страпы электроснабжение
промышленности в СССР в основном базируется на круп-
ных тепловых государственных районных электростан-
циях (ГРЭС) и гидроэлектростанциях (ГЭС), а в ближай-
шее время на атомных электростанциях (АЭС), объединен-
ных в мощные энергетические системы, связанные между
собой линиями электропередачи переменного тока при
напряжениях до 750 кВ, а в дальнейшем — до 1 150 кВ.
В пятилетке 1971—1975 гг. будут введены ВЛ постоянного
тока напряжением до 1 500 кВ для передачи электроэнер-
гии из района Экпбастуза в Казахстане в центр европей-
ской части СССР. Сооружение крупных электростанций
с генераторами мощностью 300—500—800 и в перспективе
1 200 МВт обусловливался необходимостью ввести
в 1971 —1975 гг. мощности электростанций 65—67 ГВт.
1-3. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Система электроснабжения промпредприятий, состоя-
щая из сетей напряжением до 1 000 В и выше, трансфор-
маторных и преобразовательных подстанций, служит для
обеспечения требований производства путем подачи элект-
роэнергии от источника питания к месту потребления в не-
обходимом количестве и соответствующего качества в виде
переменного тока, однофазного или трехфазного,
при различных частотах и напряжениях, и постоян-
ного тока.
Система электроснабжения промпреднриятия является
подсистемой энергосистемы, обеспечивающей комплексное
электроснабжение промышленных, транспортных, ком-
мунальных и сельскохозяйственных потребителей дан-
ного района. Энергосистема в свою очередь рассматрива-
ется как подсистема единой энергетической системы
страны. Система э.тектроснабжения пром предприятия яв-
ляется подсистемой технологической системы производ-
ства данного предприятия, которая предъявляет опреде-
ленные требования к электроснабжению.
Стоимость электроэнергии, например в машинострое-
нии, составляет только 2—3% себестоимости продукции,
в энергоемких производствах, таких как электролиз,
электрометаллургия и др., — 20—35% себестоимости про-
дукции. Перерывы в электроснабжении могут привести
к значительным ущербам для народного хозяйства, а в не-
которых случаях к авариям, связанным с человеческими
жертвами и выходом из строя дорогостоящего обору-
дования.
Стоимость электрической части промпредприятий со-
ставляет' в среднем 7% общей суммы капиталовложении
в промышленность: от 4 о для нефтехимической, 5°о для
машиностроительной, до 40—45% в установках прокат-
ных станов со сложным электрооборудованием.
Каждое пром пред приятие находится в состоянии не-
прерывного развития: вводятся новые производственные
площади, повышается использование существующего обо-
рудования или старое оборудование заменяется новым,
более производительным и мощным, изменяется техноло-
гия и т. д. Система электроснабжения промышленного
предприятия (от ввода до конечных приемников электро-
энергии) должна быть гибкой, допускать постоянное раз-
витие технологии, рост мощности предприятии и измене-
ние производственных условий. Это отличает систему рас-
пределения электроэнергии на предприятиях от район-
ных энергосистем, где процесс развития также имеет место,
однако места потребления электроэнергии и формы ее пере-
дачи более стабильны.
Для современных предприятий, особенно машинострои-
тельных, характерна динамичность технологического про-
цесса, связанная с непрерывным введением новых методов
обработки, нового оборудования, переналадки его, а также
непрерывного изменения и усовершенствования самой мо-
дели изделия. Поэтому следует стремиться к созданию
предприятия, обладающею достаточной гибкостью, кото-
рая позволяет с наименьшими потерями осуществить пере-
17
Ьиблиотеха АрТИ
филиала Д6ГТУ
стройку производства при изменения программы или мо-
дернизации выпускаемых изделий, внедрении новейших
технологических процессов и современного оборудования,
а также при автоматизации производства.
Опыт строительства и освоения новых предприятий по-
казал, что пе только планировка, но и конструкция зда-
ний должна удовлетворять условиям гибкости технологи-
ческого процесса; требуется, чтобы здания и подсобные
помещения позволяла расширять производство без его
перерыва, а переход от освоения одного изделия к освое-
нию нового не требовал капитального переустройства.
1ребования гибкости предъявляются к строительной части
предприятий, к технологическому и вспомогательному
оборудованию, к системам электроснабжения, водоснаб-
жения и т. д.
Как для создания высококачественного электропривода
требуется тщательная совместная работа электрика и тех-
нолога-конструктора приводимой машины, так и для созда-
ния надлежащей системы электроснабжения предприятия
требуется тщательная совместная работа проектировщи-
ков-технологов, строителей и электриков.. Тщательное
изучение условий производства позволяет электрику из-
бежать при проектировании перерасхода дефицитных
электрооборудования и электроматериалов, а также обес-
печить надежное и экономичное электроснабжение, отве-
чающее условиям данного производства.
Основные задачи, решаемые при исследовании, проек-
тировании, сооружении и эксплуатации систем электро-
снабжения промышленных предприятий, заключаются
в оптимизации параметров этих систем путем правильного
выбора напряжений, определения электрических нагру-
зок и требований к бесперебойности электроснабжения;
рационального выбора числа и мощности трансформато-
ров, преобразователей тока и частоты, конструкций про-
мышленных сетей, средств компенсации реактивной мощ-
ности и регулирования напряжения, средств симметриро-
вания нагрузок и подавления высших гармоник в сетях
путем правильного построения схемы электроснабжения,
соответствующей оптимальному уровню надежности и т. д.
Все эти задачи непрерывно усложняются вследствие роста
мощностей элсктроприемпиков, появления новых видов
использования электроэнергии, новых технологических
процессов и т. д.
18
1-4. РЕЖИМЫ СИСТЕМ ЭЛЕК! РОСИ ЧБЖЕНПЯ
ПРОМ ЫШ Л ЕН НЫХ П РЕ Д ПРИ Я ТИЙ
Режимом системы электроснабжения называется неко-
торое ее состояние, определяемое значениями напряжения,
нагрузки, токов, частоты и других физических переменных
величин, характеризующих процесс получения и преобра-
зования энергии, и называемых параметрами ре-
жима.
Режимы системы электроснабжения как подсистемы
определяются режимами энергосистем и производства.
В зависимости от характера технологического процесса
(непрерывного, циклического, посменного, зависимого
или независимого от сезонности в течение года и др.)
производство задает режим нагрузок. Со стороны энерго-
системы на параметры режима системы электроснабже-
ния влияют: изменения мощностей источников питания,
связанные с балансом активных мощностей и отклоне-
ниями частоты; уровни напряжения, связанные с балансом
реактивных мощностей; короткие замыкания и нарушения
устойчивости в энергосистемах.
Аналогично энергосистемам в системах электроснабже-
ния промышленных предприятий различаются режимы:
нормальный установившийся р е-
ж и м с параметрами, находящимися в нормированных
пределах;
н о р м а л ь и ы й переходный режим, свя-
занный с эксплуатационными Изменениями схемы электро-
снабжения предприятия или схемы энергосистемы;
аварийный переходный режим с рез-
ким изменением параметров вследствие аварийного изме-
нения в схеме питающей энергосистемы или в схеме элект-
роснабжения предприятия;
и о с л е а в а р и й н ы й установившийся
р е ж и м, после аварийного отключения части элемен-
тов схемы энергосистемы или схемы электроснабжения
предприятия.
К нормально установившемуся режиму отпосится
также резко переменный режим работы таких потребите-
лей, как прокатные станы, дуговые электропечи и др.,
который вызывает колебания напряжения, а при малой
мощности источников питания и колебания частоты. Па-
раметры указанных режимов должны быть рассчитаны
для обеспечения нормативных требований, установлеп-
19
пых ПУЭ [Л. 1-2] и НТО [Л. 1-3], оптимизации работы си-
стем электроснабжения по минимуму потерь энергии,
уровню резервирования и др.
К аварийным переходным режимам, вызванным систем-
ными авариями, относятся короткие замыкания в системе,
сопровождающиеся кратковременным понижением напря-
жения в центре птапия. Такие понижения напряжения,
возникающие также при коротких замыканиях в самой
системе электроснабжения предприятии, вызывают отклю-
чение магнитных пускателей и контакторов, что может
привести к большим ущербам, если не будут приняты
меры к сохранению в работе соответствующих потребите-
лей. От аварийных режимов в энергосистеме, связанных
с понижением частоты при дефиците активной мощное тн
или качаниях генераторов, система электроснабжения
предприятия не имеет защиты, но может помочь ликвида-
ции этих режимов отключением части потребителей < ред-
ст вами автоматической разгрузки по частоте (АЧР). В этом
случае выбор потребителей, отключение которых сопро-
вождалось бы наименьшим ущербом, составляет важную
часть расчета параметров такого режима.
В некоторых случаях для предотвращения снижения
частоты при дефиците мощности в энергосистеме возможно
снижение нагрузки предприятия отключением части по-
требителей по распоряжению диспетчера энергосистемы
с минимальным ущербом. Например, мощные рудногерми-
ческпс электропечи с нагрузкой в десятки мегаватт и боль-
шой теплоемкостью могут быть отключены на 1—2 ч
без существенных нарушении технологического процесса.
Расчет параметров послеаварииного установившегося
режима сводится к определению допустимых перегрузок
трансформаторов и сетей, определяющих ограничение ио
мощности нагрузок потребителей. Определение парамет-
ров режимов и их поддержание возлагаются на дпспетчср-
(кую службу главных энергетиков промышленных пред-
приятий (см. гл. 15).
1-5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХППКО-ЭКОПОМПЧЕСКОГО
РАСЧЕТА
Прп определении оптимальных параметров систем
электроснабжения промышленных предприятий необхо-
димо проанализировать несколько вариантов. Оптималь-
ный вариант определяется технико-экономическим расчс-
20
тоМ (ТЭР). Составляются варианты электроснабжения
с различными схемами, напряжениями, мощностями транс-
форматоров п т. д. Сравниваемые варианты должны отве-
чать требованиям П^Э п других нормативных документов
п быть близкими по техническому уровню.
Методика ТЭР состоит в определении приведенных го-
довых затрат 3. причем вариант с наименьшими затратами
является оптимальным. При продолжительности строи-
тельства не более 1 года приведенные затраты определя-
ются по формуле
З = рпк + С, (1-1)
где ра — 0,12 4- 0.13 — нормативный коэффициент эф-
фективности; К — единовременные капиталов южепия по
варианту электроснабжения; С — годовые издержки экс-
плуатации.
Последние определяются из выражения
где Ср ,= р&К — отчисления на амортизацию, — коэф-
фициент амортизационных отчислении; Срс — стоимость
рабочей силы для обслуживания п текущего ремонта си
стемы электроснабжения; См — стоимость материалов;
Сэ — стоимость потерь энергии.
В целях упрощения расчетов величины Л' и С опреде-
ляются только для элементов систем электроснабжения,
изменяющихся в сравниваемых вариантах. Например,
прп сравнении двух мощностей трансформаторов не
учитываются выключатели, одинаковые в обоих вариан-
тах.
Величина, обратная нормативному ко )ффпцпснту эф-
фективности, выражает нормативный срок окупаемости:
Тп = — ^ 8-7- 6,7 лет.
Еслп строительство продолжается в течение Тс лет,
то в формулу (1-1) подставляются приведенные к послед-
нему году величины капитальных вложений [Л. 1-18]:
тс
^пр = I (1 4“ Рн.п) с
(1-2)
где Kt — капитальные вложения в /-м году; 1 4- рнп —
= 1,08 — постоянный коэффициент приведения.
21
Приведенные капиталовложения отражают ущерб на-
родному хозяйству из-за длительного срока строительства,
при котором капитальные вложения за предыдущие годы
не дают соответствующей отдачи. Величины капитальных
вложении определяются по укрупненным показателям
стоимости элементов электроснабжения систем, приводи-
мых в справочниках.
В величине годовьгу издержек основную роль играет
стоимость потерь электроэнергии, определяемая для энер-
госистем по формуле, руб.,
G = а (1-3)
где ДРМ — наибольшие потери активной мощности, кВт;
а — удельная стоимость потерь активной мощности, вклю-
чая стоимость потерь электроэнергии, руб'кВт.
Значение а определяется по формуле
а = 6(а/^ + Рт), (1-4)
где кт, — коэффициент совпадения максимума нагрузки
предприятия с максимумом энергосистемы, определяемый
по их суточным графикам; при совпадении максимумов
к% — 1; а — удельные расходы, обусловленные необхо-
димостью расширения электростанций для покрытия по-
терь мощности, руб,кВт; р — удельные затраты на рас-
ширение топливной базы для выработки дополнительной
энергии и на оплату себестоимости ее выработки,
руб/(д>Вт-ч); б — коэффициент, учитывающий увеличение
стоимости электроэнергии в зависимости от удаленности
предприятия от источника питания; т — число часов мак-
симал ьных потерь.
Значения а и р для различных энергосистем приведены
в табл. 1-1.
Таблица 7-7
Объединенные энергосистемы а, руб/кВт Р, коп/(кВт ч)
Центра, Юга, Северо-запада, Закавказья, 24,5 0,88
Поволжья, Урала, Северного Кавказа Дальнего Востока, Забайкалья, Средней 13,0 0,71
Азии, Северного Казахстана Центральной Сибири 7,5 0,61
22
Величины коэффициента б принимаются в следующих
пределах для сетей различного напряжения:
110 кВ я выше....................1,03—1.05
6—35 кВ..........................1,07—1,12
Для определения стоимости потерь электроэнергии
внутри предприятия в отдельных случаях пользуются двух-
ста вечным тарифом на получаемую предприятием актив-
ную энергию, так как счетчики в этом случае одинаково
учитывают полезную энергию и потери. При двухставочном
тарифе с оплатой 1 кВт максимума а' руб/год и р'
руб/(кВт-ч) стоимость 1 кВт-ч потерь, руб/(кВт-ч),
При подсчете годовых потерь энергии по среднегодовой
потере мощности ДРС за время работы Тг
bWr = bPcTr (1-6)
удобнее пользоваться стоимостью 1 кВт потерь в год,
руб/(кВт-год),
у= < + ₽' ТГ = СУ.ЭТГ. (1-7)
Величина Тг принимается для двухсменной работы
4 000 ч, для трехсменной 6 000 ч и для непрерывной ра-
боты 8 000—8 600 ч в год.
1-6. ОСПОВПЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Электроэнергия в промнредприятиях широко применя-
ется для привода различных механизмов, для освещения,
для различных эпектротехнологических установок, в ко-
торые входят: электротермические, электросварочные,
установки электролиза, электроискровая обработка, анод-
но-механическая обработка, электропайка, электро-
фильтры, электродегидрация, электролитическое полиро-
вание, окраска в электростатическом поле, а также спе-
циальные для контроля в цеховых и лабораторных уста-
новках, например дтя просвечивания металла рентгенов-
ским аппаратом, и др.
23
Электроустановки каждого потребителя электроэнер-
гии имеют свои характерные особенности и показатели,
которые определяют условия электроснабжения потреби-
теля.
В соответствии с ПУЭ электроприемником является
электрическая часть технологической установки (электро-
двигатель, электропечь, электролизная ванна и т. п.),
непосредственно получающая электроэнергию для тех-
нологического процесса. Отдельные технологические уста-
новки — потребители электроэнергии — могут иметь не-
сколько электроприемников, например мостовые краны,
металлорежущие станки и т. п.
Номинальная (установленная) мощность. Главным ха-
рактерным показателем потребителей электроэнергии яв-
ляется их номинальная мощность. Для электроприводов
с двигателями асинхронными и постоянного тока поми-
нальные мощности выражены в киловаттах. Для синхрон-
ных двигателей должны быть известны полная мощность,
потребляемая из сети, выраженная в киловольт-амперах,
и поминальный коэффициент мощности cos (р. В послед-
нем случае произведение кВ • A cos (р дает потребляемую
из сети мощность в киловаттах, которая больше отдавае-
мой па величину потерь в синхронном двигателе. Номи-
нальной (установленной) мощностью плавильных элект-
ропечей и сварочных машин является мощность питаю-
щих их трансформаторов, выраженная в киловольт-
амперах. За номинальную мощность двигателей-гене-
раторов, выпрямителей и преобразователей частоты при-
нимается поминальная мощность генератора, выпрями-
теля и преобразователя (на вторичной стороне) в кило-
ваттах или киловольт-амперах. Установленной мощностью
для печей сопр угивления, ванн электролиза и осветитель-
ных токоприемников является мощность, потребляемая
этими установками из сети, в киловаттах.
Для электроприемников с повторно-кратковременным
режимом работы за номинальную (установленную) при-
нимается мощность, приведенная к продолжительному
режиму.
В дальнейшем поминальные (установленные) мощности
одиночных приемников будем обозначать рн, в киловаттах,
и sH, в киловольт-амперах, а суммарные мощности группы
приемников Ри — пли 5Н —
Род тока. Основным током в электроустановках про-
мышленных предприятий (имеющих собственные электро-
станции или теплоэлектроцентрали или питающихся от
районных энергосистем) является переменный трехфазный
ток.
Силовые токоприемники постоянного тока, как пра-
вило, получают энергию от преобразователя переменного
тока в постоянный, вследствие чего энергия постоянного
тока всегда дороже энергии переменного тока и примене-
ние ее должно быть технически и экономически обосно-
вано.
В настоящее время в электроприводе с широким регу-
лированием частоты вращения системы блока двига-
тель—генератор—двигатель ( 1ГД) с управлением в це-
пях возбуждения и управляемыми ртутными выпрями-
телями — двигатель (УРВД) с сеточным управлением вы-
теснены более, совершенными системами: полупроводни-
ковыми выпрямителями и магнитными усилителями (ПМУ)
и управляемыми полупроводниковыми вентилями — ти-
ристорами (УТВД) с исполнительным двигателем постоян-
ного тока в различных модификациях. В этих система^
энергия подводится к трехфаз пому приводному двига-
телю агрегата системы ДГД (синхронному или асинхрон-
ному, иногда с маховиком) или к трехфазному трансформа-
тору ртутного или полупроводникового выпрямителя.
Поэтому все приводы но системам ДГД, УРВД, ПМУ или
УТВД с точки зрения электроснабжения являются потре-
бителями трехфазного тока. Номинальная мощность си-
стемы ДГД принимается по мощности тонного двигателя
агрегата, а для системы УРВД, ПМУ и УТВД — по мощ-
ности исполнительного двигателя привода.
Главными потребителями постоянного тока являются:
электроприводы с двигателями стандартного напряже-
ния, питающиеся непосредственно от общей сети (например,
двигатели подъемно-транспортных механизмов, двигатели
в помогательных механизмов прокатных станов и др.);
электролизные установки, питающиеся от специальных
преобразователей с нестандартным напряжением, и внутри-
заводской электрифицированный транспорт.
В системе распределения электроэнергии сами преобра-
зователи электролизных установок являются потреби-
телями трехфазного тока. То же относится к индивидуа ль-
ным преобразователям электротехнологических установок
Постоянного тока — дуговым печам, сварочным установ-
кам и установкам анодно-механической обработки метал-
лов.
25
Доля постоянного тока в Электроэнергии, потребляе-
мой промышленностью, является значительной и в отдель-
ных случаях, например в цветной металлургии при элект-
ролизе алюминия, достигает 85—90%.
Напряжение. Согласно действующему стандарту для
распределения электроэнергии на предприятиях применя-
ются следующие напряжения: переменный ток — одно-
фазный 12 и 36 В, трехфазпый 36, 220/127. 380/220,
(500) *, 660, 3 000, 6 000, 10 000, 20 000, 35 000, ПО 000,
150 000 и 220 000 В; постоянного тока 220 и 440 В; си-
стема постоянного тока напряжением 440 В может быть
выполнена в виде трех проводной 2 х220 В с заземленным
средним полюсом.
Системы переменного трехфазного тока напряжением
220/127 и 380 220 В согласно ПУЗ также выполняются
с заземленной нейтралью, что обеспечивает величину по-
тенциала относительно земли на любом проводе не выше
250 В (в частности, для осветительных установок). Напря-
жения 12 и 36 В применяются для осветительных устано-
вок в помещениях с повышенной опасностью и особо опас-
ных; эти напряжения получаются от понижающих транс-
форматоров с первичным напряжением 380 или 220 В,
причем один полюс вторичного напряжения 12 или 36 В
должен быть заземлен для предотвращения попадания пер-
вичного напряжения в эту сеть при замыканиях между
обмотками понижающих трансформаторов.
Системы однофазного тока 12 и 36 В, трехфазпого
220 127 и 380/220 В и постоянного 2 х220 В являются си-
стемами с кратковременным током замыкания на землю,
так как последнее немедленно влечет за собой срабатыва-
ние защиты: сгорание плавких предохранителей или от-
ключение автомата на поврежденной фазе.
При напряжениях 3 000, 6 000,10 000, 20 000 и 35 000 В
нейтраль выполняется обычно изолированной или зазем-
ленной через дугогасящие компенсационные катушки на-
пряжением 3—35 кВ для уменьшения емкостных токов
замыкания па землю в сетях напряжением выше 1 000 В.
Согласно ПУЭ установка всяких коммутационных и за-
щитных аппаратов в заземленной цепи не допускается,
так как эти цепи не должны пметь разрыва по условиям
техники безопасности.
* Напряжение а00 В допускается только для расширения дей-
ствующих установок.
26 ‘
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 трехфазпой
трехпроводной сети с одной заземленной фазой и исполь-г
зованием двухполюсной аппаратуры. Эта система полу-
чила назвапие ДИЗ («два провода — земля»). Такая си-
стема применялась в США при напряжении 440 В. У пас
такая система распространения в промышленности не
получила. Неудовлетворительной показала себя в эк-
сплуатации система ДПЗ и в малонаселенных и сельских
районах при напряжении 6—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 опа дает стробоскопический эффект;
для привода она может дать максимально 1 500 оборотов
в минуту, 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, нс могут работать в сети с частотой 60 Гц;
в этом случае необходима установка преобразователя ча-
стоты с 60 на 50 Гц. Трансформаторы и аппараты, изго-
товленные на частоту 50 Гц, могут применяться в сети
с частотой 60 Гц.
В промышленности 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 трехфазпого 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 пн. 1 п 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 п. 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,
и удобным 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
400 Гц;
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 106 Гц
и диэлектрического нагрева неметаллических материалов
(керамики, дерева, пластмасс) при частотах от 100 кГц
до 100 Ml ц.
Только в последнем случае имеет место индивидуаль-
ное питание потребителя блоком от своего генератора,
обычно лампового. В остальных случаях энергия распре-
деляется при повышенных частота х до 10 000 Гц, которые
стандартизированы в СССР (ГОСТ 6697-67).
Режим работы. Согласно ГОСТ 183-66 для
электродвигателей и аналогично для трансформаторов по
нагреву установлена следующая классификация режимов:
28
1) п р о д о л ж и.т е л ь п ы й р е ж и м, при кото-
ром температура электродвигателя или трансформатора
возрастает ио экспоненте и устанавливается постоянной
в зависимости от нагрузки через время, равное примерно
трем постоянным времени нагрева обмоток;
2) кратковременный режим — с неуста-
новившейся температурой и охлаждением после рабочего
периода до температуры окружающей среды;
3) повторно-кратковременный ре-
йс 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 ИКР характеризуется величиной продолжитель-
ности включения (ПИ) в процентах или долях единицы,
равной отношению времени включения % ко времени
всего цикла т. е. ко времени отключения tQ плюс
время включения ZB:
яв=г4г=Ф- С1-8)
- ’ {ОТ •* ц
Величина 7\ прп ПКР должна быть нс более 10 мин.
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 н 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 ПВ 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 поминальной ПВ на фактическую.
Теоретическое соотношение между повторно-кратко-
временными мощностями Plf при соответствующих
ПВГ, ПВ2 и т. д.
ПВ1 = Р.2\ Тгв2 = рп^л, (1-9)
где Рцрод соответствует 11В = 100 %.
29
Решение вопросов электроснабжения привело к необ-
ходимости введения некоторых дополнений к характери-
стике режимов работы электроприемпиков по сравнению
с ГОСТ. Для электроприемпиков продолжительного ре-
жима с переменной или постоянной нагрузкой вводится
коэффициент включения, равный отношению времени вклю-
чения к общему времени /в за рабочий период — цикл,
смену и т. д., включая время холостого хода,
/£» = >. (ЫО)
1 ц
Для группы элсктроприемников вводится групповой
коэффициент включения, взвешенный по мощностям,
п
S к^п
к.=\—• (1-Ц)
I
Распространен также термин «резко переменный режим
работы» элсктроприемников. Под ним подразумевается
режим работы мощных элсктроприемников, 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 инков нагрузки и скоростью их
нарастания и снижения (кВт с пли кВ -А/с). Электроприем-
пиком 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 электроприемпиков:
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 пли длительным расстройством
сложного технологического процесса (например, главный
подъем и главный вентилятор угольных шахт, подача
30
воды в доменных почах, разливочные и завалочные
крапы 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
и т. 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
и т. 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-
йые производства и т. и.).
На каждом предприятии электроприемниками 1-п
категории являются противопожарные насосы и аварийное
освещение. Элсктроприемники 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 па одной из секций.
Практика эксплуатации промышленных предприятий
привела к необходимости выделения из 1-п категории осо-
бой группы электроприемпиков, обычно небольшой мощ-
ности, требующей резервирования питания от третьего
источника питания (см. § 10-5).
Электропрнемники 2-й категории также могут иметь
второй источник питания, но переключение па пего может
производиться действием дежурного персонала через тот
или иной промежуток врехмепи, в зависимости от приме-
нения постоянного дежурства илп работы выездной опера-
тивной бригады.
Существуют мероприятия, с помощью которых можпо
перевести потребителей из 1-п категории во 2-ю. Напри-
мер, одинаковые агрегаты разбивают па две п более сек-
ции сборных шии, питающиеся от разных источников пита-
ния, с таким расчетом, чтобы прп отключении одной
ЗГ
питающей линии часть агрегатов осталась в работе
и сохранила непрерывность технологического процесса
в работе на время, необходимое для ручного переклю-
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 электроприемпиков
необходимо дополнять анализом условии 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:
__ и’
а'уд — ।
32
где IV — энергия; ЛГ — продукция, выпущенная за рас-
сматриваемый период.
Характерным показателем является также электро-
вооруженностъ труда, выражаемая количеством кило-
ватт-часов, приходящихся в год на одного рабочего (шэв.т’
кВт-ч год). Если известно число часов, отработанных
одним рабочим в год 7раС, то отношение шЭв.т ^раб =
— Рэв.т будет выражать электровооружепность в кило-
ваттах па одного рабочего. Электровооруженность Рэв.т
также играет большую роль в перспективных расчетах
по определению электрических нагрузок и расходов элект-
роэнергип промы11 [.ценными предприятиями.
Стабильность расположения оборудования. Характе-
ристикой потребителей электроэнергии является степень
стабильности расположения технологического оборудова-
ния, которое обычно устанавливается неподвижно, по
может перемещаться по площади предприятия или цеха
или заменяться другим, более производительным. Это
относится прежде всего к металлорежущим станкам маши-
ностроительной промышленности, различным машинам
в легкой промышленности, где род изделия и технологиче-
ский процесс меняются непрерывно из-за специфического
характера производства.
На таких предприятиях частые изменения распо-
ложения оборудования создают особые требования
в отношении гибкости к строительной части зданий и
к электросетям, которые должны быть универсальными
и обеспечивать электроснабжение при изменяющемся рас-
положении или его замену без существенных переде-
лок и затрат, а также без нарушения производства. Эти
требования не распространяются на случаи смены тяже-
лого оборудования и другие виды реконструкции пред-
приятия, когда одновременно производятся значитель-
ные строительные и монтажные работы, так как при
этом проводятся и соответствующие электромонтажные
работы для электроснабжения реконструируемого цеха
или предприятия.
Под определение «перемещаемое оборудование» не
попадают передвижные установки, например мостовые
краны, подъемно-транспортные сооружения, питающиеся
от контактной сети, электроснабжение которой стабильно
по расположению.
2 Мукосеев 10. Л.
33
ГЛАВА ВТОРАЯ
ПОТРЕБИТЕЛИ И ПРИЕМНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
2-1. ГОРНОДОБЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Угольные шахты и рудники. Мощность электродвига-
телей, применяемых для добычи и транспортировки угля
в подземных выработках, колеблется в таких пределах:
1—3 кВт для электроинструмента — сверл и перфора-
торов; 4,2—40 кВт для конвейеров и лебедок; 40—170 кВт
для врубовых машин и комбайнов; 325—700 кВт для про-
ходческих комбайнов (рис. 2-1), 250—1 U00 кВт для вен-
Рис. 2-1 Проходческий комбайн ПК-8 для прохода
выработки сечением 8 м2 мощностью 325 кВт.
тиляторов, насосов водоотлива и углесосов и 1 250—
8 800 кВт для главного подъема. Ток трехфазный. Главный
подъем в современных шахтах выполняется по системам
УРВД или УТВД, заменившим систему ДГД. Исполни-
тельные двигатели постоянного тока имеют частоту вра-
щения 28—30 об мин, вследствие этого их диаметры до-
стигают 5 м и выше.
Ранее применявшееся напряжение электродвигателей
380 В в большинстве подземных выработок заменено
на 660 В (намечается применение напряжения 1 140 В =
= 3 х380 В). За рубежом имеются шахты, где применяется
34
напряжение
__________л 1 000—1 100 В. Для двигателей насосов
х вентиляторов 250 кВт и выше под землей применяются
напряжения 6 кВ и в надземных установках 6 и 10 кВ.
Для электроинструмента применяется повышенная ча-
стота 150 Гц Сети всех напряжений в подземных выра-
ботках работают с изолированной нейтралью.
Механизмы в забое работают в тяжелом режиме ПНР
ТО 60% 77/7, а водоотлив и вентиляция — в продолжи-
тельном режиме. Условия работы электрооборудования
в подземных выраоотках тяжелые, поэтому применяемое
электрооборудование должно иметь специальное испол-
нение (рудничное и взрывозатцнщенное) и большую меха-
ническую прочность из-за возможности повреждения от
ударов. Поскольку условия работы людей в шахтах явля-
ются тяжелыми, а в газоносных шахтах имеется опасность
взрыва и пожара, то электроснабжение угольных шахт
должно быть весьма надежным. К 1-й категории относятся
главный вентилятор, главный подъем, котельная, осве-
щение, калориферы, водоотлив. При прекращении электро
снабжения газоносных шахт предусматривается немедлен-
ный вывод рабочих из лавы.
По мере прохождения забоев механизмы в лаве пере-
двигаю п я, что требует применения специальных передвиж-
ных сетей; расположение водоотлива, главных вентилято-
ров и подъемных машин постоянное.
В подземных рудниках, не опасных по газу, применя-
ется откатка электровозами с двигателями 20—150 кВт,
работающими от контактной сети постоянного тока
250—550 В.
Общая установленная мощность потребителей отдель-
ных шахт и рудников составляет 5—50 МВт.
Карьеры открытой добычи угля, руды и нерудных
ископаемых. Основными потребителями электроэнергии
в карьерах являются экскаваторы различных типов. Если
у старого шагающего экскаватора-драглайна типа ЭШ-14 G5
С ковшом 1 i м3 и стрелой 65 м (рис. 2-2) обвщя мощность
электродвигателей 3 516 кВт, то у современного экскава-
тора Э111-80 100 с электроприводом по системе ДГД мощ-
ность только сетевого синхронного двигателя 14 МВт,
а общая мощность всех установленных на пен электриче-
ских машпп составляет 70 МВт.
Директивами XXIV съезда КПСС па 9-ю пятилетку
намечено применение экскаваторов для вскрышных работ
и дооычи ископаемых с ковшами до 10U м3, при которых
2* 35
мощность сетевых двигателей достигнет 18—28 МВт. Воз-
растут также мощности экскаваторов с механической лопа-
той. Если экскаватор ЭВ Г-35 65 с ковшом 35 м3 и лопатой
длиной 65 м имеет мощность сетевого двигателя 3,2 МВт,
то экскаватор ЭВ Г-100 100 будет иметь сетевой двигатель
мощностью 18 МВт. В зарубежных установках применя-
ются аналогичные экскаваторы с ковшом 153 м3 и лопа-
той 65 м при мощности сетевого двигателя 15 МВт.
Крупными потребителями электроэнергии яв «яются
также роторные или многоковшовые экскаваторы, имею
Рис. 2-2. Шагающий экскаватор УЗТМ типа ЭШ-14,С5.
щие ротор с ковшами по 1,6—4.5 м3 (рис. 2-3). Суммарная
мощность роторных экскаваторов достигает 90 МВт.
Электроэнергия подается на экскаваторы гибкими ка-
белями при 6 или 10 кВ; для питания мелких двигателей
п освещения на них устанавливаются понижающие транс-
форматоры. Режим работы экскаваторов резко переменный
вследствие большой мощности электродвигателей и пере-
менного графика нагрузки. По степени бесперебойности
экскаваторы относятся ко 2-п категории.
Буровые станки для бурения в карьерах шурфов под
взрывные работы имеют мощности двигателей 30—450 кВт
при напряжениях 380 и 6 000 В. Снабжение сжатым воз-
духом пневматического инструмента производится от мел-
ких передвижных компрессоров или от стационарной цент-
36
ральпой компрессорной. Суммарные установленные мощ-
ности открытых разработок 'составляют десятки мегаватт.
Для добычи редких металлов применяют плавучие
лраги, масса которых достигает 2 000 т п более, а суммар-
ная мощность двигателей 300—1 015 кВт. Сверхмощная
драга 600 л, изготовленная в СССР, размером 235 x46 м
п высотой 40 м имеет 285 двигателей общей мощностью
6 808 кВт. Часть двигателей работает па напряжении
6 000 В. остальные питаются через трансформаторы мощ-
ностью 2у1 000 4- 1 Х180 кВ-А напряжением 6,0,4 кВ.
Рис. 2-3 Роторный экскаватор IIKM3
типа ЭРШР-ЮОО па рельсошагающем ходу.
Масса драги более 10 000 т. Питание драг производится
гибким кабелем при напряжении 6 кВ, режим их работы —
ПКР, категория надежности 2-я.
Нефтепромыслы. Буровые установки. Вращение до-
лота при бурении скважин для добычи нефти и газа про-
изводится электродвигателями с поверхности земли (ро-
торное бурение), турбобурами пли электробурами, распо-
ложенными в скважине непосредственно над долотом.
Глубина бурения современных скважин достигает 5—
9,16 км, что является пока пределом проникновения че-
ловека в глубь земли.
Мощность приводов основных механизмов буровых
установок — роторного стола и лебедок для спуска и подъе-
ма инструмента массой 250—450 т с асинхронным двига-
телем или по системе ДГД — составляет 125—2 000 кВт;
буровых насосов 225—1 480 кВт, вспомогательных меха-
37
ппзмов 1,7—28 кВт. Суммарная мощность двигателей бу-
ровых установок достигает 10 МВт и более. Напряжение
главных двигателей лебедок 500 В с тенденцией перехода
на 660 1k В тяжелых условиях работы буровой, являю-
щейся временной передвижной установкой, применение
напряжения 6 кВ для лебедок не онрадывается. Суммарная
мощность буровой установки Уралмаш-Э'ъ предназначен-
ной для бурения глубиной до 5 000 м и имеющей 43 дви-
гателя, составляет 3 МВт. Для вспомогательных механиз-
мов п освещения применяется напряжение 380 220 В.
Рис. 2-4. Драга 380 с емкостью ковшоп 380 л.
Наиболее интересным приводом является электробур,
впервые в мире созданный в СССР в 1937—1938 гг. Мощ-
ность двигателей электробуров, находящихся в забое
скважин, так называемых «погружных», 82—230 кВт при
напряжении 900—1 650 В и частоте 50 Гц; диаметр статора
двигателя 215—250 мм, длина 7,5—12 м.
Сложным является трехфазный токоподвод к двига-
телю сквозь колонну обсадных труб, которые использу-
ются в качестве проводника одпой из фаз. Две фазы пере-
даются кабелем с резиновой изоляцией и специальными
контактами, позволяющими соединять отрезки кабеля
одновременно с соединением труб. Вследствие большой
потери напряжение питания двигателя регулируется в со-
ответствии с глубиной скважины. Режим работы механиз-
мов при спуско-подъемных операциях — ИКР; при бу-
рении — продолжительный с переменной нагрузкой в за-
висимости от твердости породы и формы долота.
38
По категории бесперебойности буровые установки
г lyonnoH более 3 000 м и менее глубокие, но со сложными
геологическими условиями, а также расположенные на
море относятся к 1-й категории, так как при отключении
питания возможно заедание инструмента из-за оседания
грунта. Буровые установки являются перемещаемыми,
их расположение меняется в течение года в зависимости
от местных условии и производительности буровых уста-
новок.
Нефтедобыча. При основном способе добычи нефти
из скважины путем глубиннонасосных установок применя-
ются станки-качалки, снабженные штанговыми глубин-
ными насосами, позволяющими поднимать нефть с глу-
бины более 3 км. Электропривод станков-качалок осуще-
ствляется асинхронными двигателями мощностью 1,7—
55 кВт. График нагрузки станков-качалок характерен
периодическими никами и провалами, обусловленными их
конструкцией, что вызывает значительное снижение сред-
него cos <р до 0,4—0,7. Станки-качалки относятся ко 2-й
категории потребителей и допускают кратковременные
перерывы нс более нескольких минут, после чего воз-
можны оседание песка, заклинивание плунжера и другие
явления, вызывающие большие затраты на восстановле-
ние работы скважины. Поэтому для станков-качалок,
обычно разбросанных по территории нефтепромыслов без
обслуживающего персонала, предусматривается инди-
видуальный или групповой самозапуск очередями по
устовиям питающей сети.
Более прогрессивными установками для глубоких сква-
жин являются погружные центробежные электронасосы,
расположенные в скважине ниже уровня нефти на 50—
100 м и снабженные погружными электродвигателями
спецпальпой конструкции «трубообразной» формы с диа-
метром 103—123 мм и длиной 4,2—8 м, мощностью
7—95 кВт. Двигатели имеют нестандартное напряжение
300—1 000 В и питаются от специальных автотрансфор-
маторов с первичным напряжением 380 В по тре.хжпльному
кабелю с водопефтестойкой изоляцией длиной до 2 250 м.
Величина cos ф таких установок 0,57—0,9. Режим работы
продолжительный, категория 2-я.
При компрессорном способе добычи нефти в глубокие
и мпогодебитные скважины подается нефтяной газ или
воздух под давлением до 250 кгс/см2 (от поршневых комп-
рессоров с электроприводом или от газомотокомпрессоров).
39
Мощность электродвигателей 200 кВт, напряжение 6 кВ,
режим работы — продолжительный. На компрессорной
станции ставят до 16 компрессоров (в том числе резерв-
ные), а также ряд вспомогательных насосов с двигателями
мощностью 55—72 кВт, напряжением 380 В. Компрессор-
ные станции являются потребителями 1-й категории, так
как прекращение подачи газа и потеря давления могут
вывести из строя скважины на длительное время. Наиболее
чувствительными потребителями на компрессорных явля-
ются насосы водоснабжения, так как потеря водоснабже-
ния останавливает все компрессоры, вследствие чего для
них должен быть обеспечен самозапуск. Поскольку одно-
временным самозапуск всех компрессоров практически
неосуществим по условиям режима электросети, то приме-
няется частичное отключение компрессоров п автоматиче-
ский повторный пуск их под нагрузкой.
Центробежные и поршневые насосы, широко применяе-
мые на нефтепромыслах для перекачки нефти, водоснабже-
ния, законтурного заводнения нефтеносных пластов и ка-
нализации промысловых вод, имеют электродвигатели
мощностью 4,5—2 000 кВт. Для вакуум-насосов и элект-
рифицированных задвижек применяются двигатели мощ-
ностью от 0,5 кВт и выше. Кустовые насоспые нефте-
промыслов являются потребителями 2-й категории; уста-
новки противопожарных насосов и центральные насоспые —
1-й категории.
Для нефтяных насосных станций магистральных нефте-
проводов применяются турбонасосы с электродвигателями
500—3 500 кВт, 6 кВ (асинхронные и синхронные). Эти
насосные являются потребителями 2-й категории, и крат-
ковременный перерыв в подаче электроэнергии для них
не вызывает неполадок. Насосные установки обычно рабо-
тают в продолжительном режиме. Действующие скважины
являются постоянными по расположению.
Горно-обогатительные комбинаты и агломерацион-
ные фабрики. Для обогащения и агломерации руд черной
и цветной металлургии применяются флотационные маши-
ны с многодвигательным приводом, — мощность каждого
двигателя до 20 кВт; дробилки для руды мощностью до
800 кВт; шаров/ле мельницы мощностью до 4 000 кВт;
конвейеры мощностью 250—900 кВт и др.
Агломерационная машина требует регулируемого при-
вода для движения стальной ленты, на которой происхо-
дит обжиг руды, мощностью до 150 кВт. Для удаления
40
•130В с агломерационной машины устанавливаются
эксгаустеры мощностью 2 500—3 300 кВт. Типовая агло-
мерационная фабрика с двумя агломерационными маши-
нами площадью спекания по 250 м2 имеет суммарную уста-
новленную мощность 56 МВт и потребляемую мощность
48 МВт/
Современные горпо-обогатительпые комоинаты отно-
сятся к крупным потребителям электроэнергии с уста-
новленной мощностью до 500 МВт и потребляемой до
350 МВт. Напряжение для двигателей в зависимости от
мощности применяется 380, 6 000 п 10 000 В. Широкое рас-
пространение получили синхронные двигатели для при-
водов мельпиц, пасосов, эксгаустеров и компрессоров,
а в отдельных случаях для дробилок. Режим работы про-
должительный.
Потребителями 1-и категории на обогатительных и агло-
мерационных установках являются приводы вращения
лопастей бассейнов сгустителей, вращающиеся печи в цехе
обжига, агломерационные машины и их эксгаустеры, оста-
нов которых вызывает длительное расстройство техноло-
гического процесса. Остальные потребители относятся
ко 2~й категории.
Технологический процесс обогатительных и агломера-
ционных фабрик установившийся. Производство непре-
рывное, при периодических ремонтах из работы выводятся
отдельные технологические секции или потоки, что должно
быть учтено при составлении схемы электроснабжения
в целях возможности одновременного вывода в ремонт
соответствующего электрооборудования.
2-2. ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
В коксохимических цехах, перерабатывающих каменный
уголь в кокс, пределы мощностей питателей и дозировоч-
ных столов — 4—10 кВт, дробилок, газодувок и компрес-
соров — до 4 000 кВт. Все электродвигатели переменного
тока напряжением 380; 6 000—10 000 В. Технологический
процесс непрерывный; большинство механизмов работает
к продолжительном режиме, часть в режиме ПКР (уголь-
ные перегружатели, коксовые машины, вагоноопрокиды-
ватели и др.). Газодувки, насосы охлаждения, коксовые
машины, кантовочные и обезграфичивающие лебедки от-
носятся к 1-й категории, остальные потребители — ко
2-й. Для очистки коксового газа применяются электро-
41
статические фильтры при напряжениях до 80—100 кВ.
Суммарные мощности коксохимических цехов составляют
15—40 МВт. Расположение, оборудования постоянное.
Установки доменных цехов. Доменные печи характе-
ризуются полезным объемом в кубических метрах, кото-
рый в СССР достигает 3 200 м3 (рис. 2-5). К 1975 г. пред-
полагается сооружение самых мощных в мире доменных
Рис 2 5. Доменная печь.
печей объемом 5 000 м3. Важнейший показатель работы
доменной печи — коэффициент использования полезного
объема печи (КНПО):
кино=7^4
(>с\т
где Гп — полезный объем печи, м3; Ссут — суточная
производительность, т.
В 1969 г. среднее значение КППО в СССР составило
0.607, а на отдельных печах — до 0,5 и ниже. При коэф-
фициенте расхода сырых материалов 3.5 и КИНО =
= 0,6 для доменной печи объемом 5 000 и3 ежесуточно
потребуется сырье общем массой 5 000-3,5/0,6 — 29 000 т,
иля подачи которого требуются мощная система конвеие-
ров н соответствующее складское и железнодорожное
хозяйство.
Мощность электроприводов механизмов доменной печи
колеблется от 0,4 кВт для задвижек до 1 500 кВт для
двигателей системы ДГД скипового подъема. Система
ЦГД в перспективе будет заменяться системой УРВД
или > ТВД. Механизмы, требующие регулировку ско-
рости, имеют приводы постоянного тока с индивидуаль-
ными преобразователями.
Суммарная мощность механизмов самой печи дости-
гает 10—25 МВт. Сюда но входит мощность насосов водо-
охлаждения, зависящая от уровня источника воды, и воз-
духодувок, мощность которых достигает 10—12 МВт.
Для печей объемом свыше 3 000 м3 применяются воздухо-
дувки мощностью до 22—30 МВт и в перспективе до 45 МВт.
но с приводом от паровой турбины, получающей нар от
ТЛД. работающей на доменном газе.
Напряжение 6 или 10 кВ применяется для крупных
двигателей; 380 В — для двигателей до 200 кВт. Режим
работы двигателей различный: есть механизмы продолжи-
тельного режима, у которых величина ПВ равна 100%;
имеются двигатели с повторно-кратковременным режимом
с величиной ПВ 15—40%. Для очистки доменного газа
применяются электростатические фильтры напряжением
80-100 кВ.
Современные мощные доменные печи имеют высокую
степень автоматизации с программами, рассчитанными
на различные составы исходного сырья, и работающими
непрерывно в течение десятков лет.
По степени бесперебойности электроснабжения в домен-
ном цехе к 1-й категории относятся насосы водоснабжения,
воздуходувки, агрегаты газоочистки, системы автомати-
ческого управления. Остальные потребители допускают
кратковременные перерывы, по требуют также надежного
а «ектроспабженпя. Применявшиеся ранее для насосов
во доохлаждения дублирующие паровые приводы вышли
из употребления, поскольку современные системы элек-
тропривода и электроснабжения показали достаточную
надежность в работе.
За рубежом применяются электрические домны, в кото-
рых выплавка чугуна происходит за счет электроэнергии
43
Установки мартеновских и конверторных цехов. Мар-
теновские печи, получившие рапсе широкое применение
в сталеплавильном производстве, в современных предприя-
тиях уступают место кислородно-конверторным уста-
новкам. Плавка в них проводится за 40—4л мин, в то
время как в мартеновских печах па это требовалось
несколько часов.
Максимальная емкость мартеновских печей в СССР
достигла 900 т. Основными механизмами в мартеновских
цехах являются различные краны — заливочные, зава-
лочные, разливочные, уборочные и др., грузоподъемность
которых в СССР достигает 630 т при емкости ковша 480 т.
Суммарная установленная мощность механизмов таких
кранов достигает 1 200 кВт при мощности привода отдель-
ных механизмов с двумя двигателями на валу до 2 X
X 150 кВт. Крапы, работающие с жидким металлом,
относятся к потребителям 1-й категории; сюда же отно-
сится также привод поворота миксера, служащего для
приема жидкого чугуна из доменного цеха и имеющего
емкость до 1 300 т и выше. Привод имеет два двигателя —
рабочий и резервный, питающиеся от независимых источ-
ников энергии.
Краны работают в режиме ПКР, насосы и вентиляторы
в продолжительном режиме; приводы перекидки клапа-
нов рекуператоров в кратковременном режиме.
Для использования тепла отходящих газов печей
устанавливаются котлы-утилизаторы с насосами, дымосо-
сами и вентиляторами, являющимися значительными
потребителями электроэнергии.
В СССР впервые разработай наиболее прогрессивный
метод непрерывной разливки стали. Установки непрерыв-
ной разливки стали (\ НРС) состоят из кристаллизаторов,
через которые протягивается стальная болванка, разре-
заемая па заданные длины. Суммарные мощности УНРС,
включая транспортные устройства, составляют 1 000—
12 000 кВт. Эти установки относят к потребителям 1-й
категории, так как они работают с жидкой сталью.
Все установки мартеновских цехов работают па пере-
менном токе; тяжелые крапы в цехах с крупными печами
500—900 т выполнялись на постоянном токе напряже-
нием 220 В.
Суммарные мощности мартеновских цехов достигают
10—18 МВт. Емкость конверторов составляет 150—250 т
и по Директивам XXIV съезда КПСС к 1975 г. достигнет
44
о-л т (рис. 2-6). Установленная мощность современного
гппвенторного цеха с пятью конверторами емкостью но
950 т составляет 25—30 хМВт. Привод поворота конвер-
тора как потребителя 1-м категории имеет на каждой
цапфе четыре двигателя постоянного тока мощностью по
9оО кВт (два рабочих и два резервных), работающих по
системе УТВД. с питанием от двух независимых источни-
Рпс. 2-С» Конвертор 250 т.
ков. В отделении перелива чугуна три миксера по 2 500 т
имеют привод наклона с двумя двигателями постоянного
тока по 100 кВт, работающими аналогично приводу пово-
рота конвертора.
Заливочные краны грузоподъемностью «360 100 тс
с установленной мощностью 470 кВт и разливочные гру-
зоподъемностью 360'1U0 16 тс работают на переменном то ко
напряжением 380 В. Двигатели дымососов мощностью
до 1 500—2 000 кВт имеют напряжение 6 или 10 кВ.
Конверторное производство имеет высокую степень
автоматизации с применением управляющих вычисли-
тельных машин (УВМ), являющихся потребите le.M 1-й
категории.
45
В связи с широким применением кислорода для интен-
сификации процессов выплавки стали на металлурги-
ческих комбинатах сооружаются мощные кислородные
станции с установленной мощностью компрессоров до
12 МВт на электроприводе и до 20 МВт — па паровом
приводе. Суммарные мощности кислородных станции
достигают 45—50 МВт. Индукционный нагрев слитков,
выходящих из УНРС, для прокатки значительно увели-
чивает потребляемую мощность этих установок. Так,
одна из установок УНРС в США на шесть ручьев, произ-
водительностью более 600 т/ч с индукционным пагревом
слябов потребляет только па нагрев 210 МВт при мощ-
ности конденсаторных установок для повышения • cos <р
при индукционном нагреве 750 Мвар.
Установки прокатных цехов. В прокатных цехах име-
ются две основные группы потребителей: главный привод
клетей прокатных станов, в которых электроэнергия рас-
ходуется на деформацию металла, п приводы вспомога-
тельных механизмов прокатных станов, служащих для
транспортировки и резки металла.
Мощность отдельных двигателей главных приводов
достигает 10 МВт на переменном токе (синхронные тихо-
ходные двигатели) и 11.4 МВт на постоянном токе. Блю-
минг 1 300 имеет индивидуальный привод валков посто-
янного тока мощностью по 8 МВт каждый. Главный элек-
тропривод выполнен по системе ДГД с ведущим синхрон-
ным двигателем мощностью 20 МВ* А. Современная
система автоматики позволяет сократить длительность
реверса па заготовочных станах-блюмингах и слябингах
менее 1 с с ускорением до 110—150 об/мин в 1 с (рис. 2-7).
Система ДГД для питания реверсивных и регулируемых
приводов постоянного тока заменяется системами УРВД
и УТВД, при которых отпадает проблема пусковых
токов ведущих двигателей, мощность которых достигает
23 МВт. Для нерегулируемых и нереверсивных приводов
получили распространение тихоходные синхронные дви-
гатели.
Наиболее мощные установки имеют непрерывные мпо-
гоклетьевые станы для горячей прокатки листа. Так,
стан 2000, прокатывающий тяжелые слябы массой до
36 т, имеет 12 клетей общей мощностью 116,9 МВт. На
стане установлены синхронные двигатели по 5 и 10 МВт и
двигатели постоянного тока но 11,1 п 8,5 МВт. Питание
двигателей выполнено по системе УРВД и цепей возбуж-
46
пенпя — от тиристорных возбудителей. Суммарная мощ-
ность реверсивных ртутных преобразователей для глав-
ных приводов составляет 120 МВт. Все приводы постоян-
ного тока имеют ипдивидуалыпле преобразователи, так
нто все главные приводы являются потребителями пере-
менного тока.
Стан 2 OUO годовой производительностью 6 млн. т в
год является сложным технологическим агрегатом, снаб-
женным многочисленными бесконтактными автоматически-
ми устройствами для регулирования скорости прокатки,
которая в каждой клети должна соответствовать данной
ступени обжатия заготовки. Общая протяженность агре-
гата составляет 750 м при длине цеха 1 000 м. На
рис. 2-8 представлены первые (черновые) клети стана 2 000.
Режим, работы главных приводов относится к резко
переменным. Длительность толчков нагрузки от секунд
до нескольких минут, величиной до 2—2,5-кратной номи-
нальной мощности двигателей при постоянном токе и до
4,5-кратной при двигателях переменного тока. Толчки
Рис. 2 7. Двигатели главного привода блю-
минга 1300 мощностью по 8 МВт.
нагрузки перемежаются с холостыми ходами, а при ревер-
сивных станах с рекуперацией электроэнергии в сеть.
Для блюмппга мощностью 2 X 5,8 МВт по системе УРВД
толчки активной нагрузки достигают 30 МВт и реактив-
ной 32 Мвар, что вызывает значительные колебания нап-
ряжения (рис. 2-9).
47
При работе на одном заводе нескольких станов пики
нагрузки могут совпадать. Например, на металлурги-
ческом заводе при сродней нагрузке 75 МВт при работе
блюминга и широкополосного стана пики достигают 111
МВт при длительности ника около 30 с с интервалами
между пиками 2—2,5 мни.
Для снижения влияния толчков нагрузки на питаю-
щую электросеть ранее примеия шсь маховики па самом
стане и на преобразовательном агрегате ДГД. что приво-
Рис. 2-8 Черновые клети непрерывного стана горячей прокат-
ки 2000
дило к удорожанию установок и лишним потерям. В связи
с увеличением мощностей систем электроснабжения и
улучшения перегрузочных характеристик синхронных
двигателей широко применяются безмаховичпые приводы
с синхронными двигателями в агрегатах ДГД мощностью
до 20 МВ-А и для главных приводов. Однако проблемы
колебания напряжения, вызываемые пиками реактивной
нагрузки со скоростью нарастания до 200 Мвар с, требуют
применения специальных мероприятий для их устранения.
48
Главные приводы непрерывных горячих широкопо-
лосных станов относятся к 1-й категории, так как оста-
нов их ведет к длительному расстройству технологиче-
ского процесса. Реверсивные станы относятся ко 2-й кате-
гории, так как допускают кратковременный перерыв
МЬар
Рис. 2-9. Графики активно)! и реактивной натру .юк за цикл про-
ката 37 с одного двигателя блюминга 1150 мощностью 5 800 кВт
при питании от рту гного выпрямителя
в работе для ручного переключения на резервное питание.
Длительное отключение прокатных станов недопустимо
из-за больших величин ущербов, например, отключение
на 30 мин трубопрокатных цехов одпого завода наносит
ущерб народному хозяйству более 50 тыс. руб. Повышение
надежности электроснабжения прокатных станов облег-
чается остановками цеха для текущего ремонта произ-
49
водственпых механизмов, во время которых возможно
провести соответствующую профилактику этектрообору-
дования.
Приводы вспомогательных механизмов (кранов, роль-
гангов, качающихся столов, шлепперов, нажимных уст-
ройств, кантователей, летучих ножниц, моталок и др.)
имеют мощности от десятков до 2 500 кВт. Последняя
величина относится к ножницам для резки слябов с уси-
лием 2 500 тс, привод ножниц безмаховичпый с двигате-
лем постоянного тока на 23 об/мин. Большинство меха-
низмов работает в режиме ПКР с ПВ = 15 -к 40 % с час-
тыми пусками. При частоте включения до 400 в час при-
меняются асинхронные двигатели; при более интенсив-
ной работе — двигатели постоянного тока, которые исполь-
зуются также дтя регулируемых приводов. Для наиболее
тяжелых режимов работы приводов нажимных устройств,
качающихся столов, летучих ножниц и т. и. приме-
няются системы УРВД п УТВД, обеспечивающие необ-
ходимую производительность механизмов.
Для ряда приводов, например роликов рольгангов,
применяются асинхронные короткозамкнутые двигатели —
незаменимые в тяжелых условиях работы с горячим метал-
лом. Для регулирования скорости рольгангов с асин-
хронными двигателями применяется частотное регули-
рование скорости измененном частоты от 50 до 10 Гц.
для чего эти двигатели питаются от преобразователей ре-
гулируемой частоты — электро н ан шнпых или стати-
ческих.
Напряжения двигателей переменного тока 380 В, 6
п 10 кВ. Для двигателей постоянного тока, питающихся
от общих преобразователей, напряжение 220 и 440 В.
Категория бесперебойности для вспомогательных ме-
ханизмов такая же, как и для главных приводов, так
как останов любого механизма влечет останов всего
стана.
Прокатка является установившимся технологиче-
ским процессом, оборудование не перемещается. Разви-
тие производительности и усовершенствование техноло-
гии идут ио линии автоматизации с применением УВМ
и бесконтактных устройств. На старых установках двига-
тели главных приводов замещаются на двигатели боль-
шей мощности для использования производительности
стана, лимитировавшейся недостаточной мощностью при-
водов. Хотя такие замены выполняются в весьма сжатые
50
-и (до 84 ч), всегда имеется возможность своевременно
усилить и систему электроснабжения.
Прокатные цехи завершают н технологический про-
цесс металлургических комбинатов с полным металлур-
гическим циклом — от коксохимических цехов до выхода
проката. ТЭЦ металлургического комбината, работаю-
щая на доменном газе, имеет ограниченную мощность,
вследствие чего прокатные цехи обычно питаются от
энергосистем через главные понизительные подстанции
(ГПП).
Суммарные нагрузки металлургических комбинатов
с полным металлургическим циклом достигают 700 МВт
при установленной мощности 2 000 МВт и потребляют
в год до 5 млрд. кВт-ч.
2-3. МАШИНОСТРОЕНИЕ И МЕТАЛЛООБРАБОТКА
Металлорежущие станки. В настоящее время суммар-
ные мощности электроприводов крупных станков в тяже-
лом машиностроении более 1 000 кВт, при мощности глав-
ного привода до 300 кВт и выше. Так, у двухшпиндель-
ного фрезерного станка для обработки заготовок мощность
двигателей фрез по 650 кВт; привод выполнен по системе
ДГД с ведущим двигателем 1 600 кВг. У карусельного
станка с центральной планшайбой (7) 14,0 м и кольцевой
18,5 м (рис. 2-10) суммарная мощность главных при-
водов 520 кВт и вспомогательных 200 кВт. У тяжелых
токарных станков, обрабатывающих заготовки массой
200—250 т, мощность главных приводов 150—250 кВт и
суммарные мощности двигателей до 500—600 кВт. Мощ-
ность главного привода продольно-строгального станка
достигает 320 кВт.
Средняя мощность приводов станков массового маши-
ностроения (автотракторной промышленности) колеб-
лется в пределах 5—10 кВт.
В цехах крупного машиностроительного предприятия
средняя мощность приводов составляет 15—25 кВт. Число
станков в современных цехах достигает 2 000—3 000 с уста-
новленной мощностью 12—20 МВт; цехи обычно блоки-
руются в общий корпус, установленная мощность станков
В котором превышает 100 МВт.
Применявшаяся ранее система электропривода посто-
янного тока с контакторным управлением вытеспепа сис-
темой ДГД, которая, в свою очередь, уступила место
51
системам УРВД, ПМУ, УТВД с применением полупро-
водниковых выпрямителей и магнитных усилителей, так
что вес металлорежущие станки являются потребителями
переменного тока. Волсе мелкие станки имеют приводы
с асинхронными двигателями — одиоскоростиыми и мно-
госкоростными.
Напряжение переменного тока обычно применяется
380 В с нормальной частотой 50 Гц; для небольшой группы
шлифовальных, фрезерных и сверлильных станков, тре-
Рпс. 2-10. Карусельный станок 1594.
букицих повышенной частоты вращения, применяется
повышенная частота. Например, специальные ш шфоваль-
ные головки работают при 12 000—120 000 обмин, фре-
зерные головки для легких металлов — при б 000—60 000
об/мин.
После освоения аппаратуры на напряжение 660 В
будет целесообразно применять его в цехах тяжелого
машиностроения, так как питание современных круп-
ных станков на напряжении 380 В затруднительно.
Режим работы станков весьма разнообразный. Для
некоторых станков характерны частые пуски и реверсы,
что обеспечивается системой ДГД или УТВД. Для стан-
ков поточно-массового производства характерен режим
в виде чередующейся нагрузки и холостого хода. Общая
тенденция развития машиностроения состоит в автома-
52
Т113ацпп самих станков, применении программного управ-
чсвия, установки отдельных автоматических линии стан-
ков и создании цехов и заводов-автоматов.
По степени бесперебойности станки относятся ко 2-й
категории. Исключение составляют некоторые крупные
станки, где обрабатываемая уникальная деталь может
быть испорчена внезапной остановкой. Например, при
нарезке зубьев мощных редукторов па специальных стан-
ках в отдельных помещениях, в которых поддерживается
постоянная температура с точностью до z±z 0,5 С, пере-
рыв в подаче электроэнергии ведет к браку изделия,
стоимость которого исчисляется десятками тысяч рублей.
Опасен перерыв питания магнитных плит шлифовальных
станков, так как при этом деталь с большой скоростью
выбрасывается из-под наждака, что при отсутствии ограж-
дения может привести к травматизму.
По условиям производства станки часто переставля-
яются, что требует специальных конструкций электро-
сетей. Опыт Горьковского автозавода показывает, что
число станков, переставляемых за выходной день в по-
рядке текущей переналадки технологии, достигает 100 еди-
ниц.
Кузнечно-штамповочные машины и прессы. Сюда отно-
сятся машины, служащие для ковки и штамповки метал-
лов в горячем и холодном виде. О прессах, применяемых
в производстве изделий из пластмасс, прессуемых в горя-
чем виде, см. § 2-4.
Для производства мелких деталей в электропромыш-
ленности, радиопромышленности, часовой, галантерейной
я других отраслях промышленности применяются эле-
ктромагнитные прессы 0,5—2 тс; в них движение пол-
зуна производится при помощи электромагнита посто-
янного тока, преодолевающего действие пружины, нор-
мально поддерживающей ползун в поднятом положении.
Питание электромагнита производится через полупровод-
никовый выпрямитель.
Кривошипные прессы холодной штамповки с усилием
Давления 1G—4 U00 тс имеют мощность приводов 2 —
180 кВт; горячештамиовочные — на 631)—8000 тс —
28—500 кВт. Наиболее мощные прессы (гидравлические)
работают от насосно-аккумуляторных станций при давле-
ниях 200—450 кгс/см2. Сюда относятся гидравлические
Штамповочные прессы с усилием до 30 000 тс, гидравли-
ческие ковочные прессы 1000—75 000 тс. Пресс 75 000 тс,
53
изготовленный в СССР, является самым мощным в мире
(рис. 2-11).
Мощности двигателей насосных станций гндропрес
сов составляют 250—1 500 кВт, а суммарные мощности
насосных станций достигают 10—12 МВт и более. Все при-
Рис 2-11. Гидравлический пресс НКМЗ
с усилием давления 73 000 тс.
воды переменного тока 50 Гц, напряжением 380, 000, 0000
и 10 000 В.
Режим работы характеризуется чередованием холостых
ходов с кратковременными толчками ударной нагрузки,
вследствие чего часто применяются маховики и двигатели
с повышенным скольжением. В некоторых случаях ковоч-
ные машины снабжаются установкой для электрического
индукционного нагрева или подогрева обрабатываемого
металла мощностью до 400—500 кВ-А (см. § 3-1).
54
По степени бесперебойности кузпсчно штамповочные
машины и прессы относятся ко 2-й категории. Наиболее
бесперебойного питания требуют мощные гидропрессы,
обрабатывающие уникальные поковки — валы и роторы
крупных генераторов, заготовки для которых разогре-
ваются в специальных печах до ковочной температуры
иногда в течение нескольких суток. Например, слиток
массой 220 т для поковки колонны длиной 23 м, диамет-
ром 900 мм, массой 145 т на прессе 10 000 тс греется перед
поковкой в течеппе шести суток. Технологический про-
цесс ковки и штамповки устойчив, тяжелое оборудова-
ние имеет постоянное расположение.
Деревообрабатывающие станки. При первичной обра-
ботке древесины применяются механизмы мощностью
1 — 140 кВт (лесопильные рамы). Мощность деревообра-
батывающих станков 1—120 кВт. Режим работы длитель-
ный, но с очень неравномерной нагрузкой вследствие
неоднородности материала (сучки) и зависимости сопро-
тивления резанию от состояния его в ыжности. Мощность
двигателя выбирается с запасом; как правило, на дерево-
обрабатывающих установках низкий коэффициент мощ-
ности. Деревообрабатывающие станки работают па трех-
фазном токе напряжением 380 В.
Для получения повышенных частот вращения (до
20 000 обмин) применяются электродвигатели повышен-
ной частоты (100—400 Гц) с питанием от индивидуальных
и групповых преобразователей частоты. Но степени бес-
перебойности эти станки относятся ко 2-й категории;
расположение станков стабильное; обычно они связаны
громоздкими трубопроводами для пневматического транс-
порта стружки. Номинальная мощность станков крупных
деревообделочных цехов (ДОЦ) достигает более 1 000 кВт.
Электроинструмент. К этой группе потребителем отно-
сятся различные ручные механизированные инструменты:
Дрели, шлифовалки, гайковерты, пилы, сучкорезы и др.
Номинальная мощность отдельных инструментов очень
незначительная — от 0,2 до 1,5—2,0 кВт.
Работа с электроинструментом очень опасна, так как
Человек держпт в своих руках возможный источник пора-
жения током. Электроинструмент должен иметь рабочее
напряжение не выше 36 В и в особо опасных помещениях —
Даже до 12 В. В установках лесозаготовок применяется
Напряжение 220 В с изо тированной нейтралью, так как
распределительные сети имеют большую протяженность^
55
В установках интенсивного использования электро-
инструмента (на сборочных конвейерах автомобильных и
авиационных заводов, а также на лесозаготовках) в целях
облегчения массы инструмента, работающего от сети
трехфазного тока, применяется повышенная частота до
200 Гц. В других установках, например при электронов
тажных работах, применяется переменный трехфазный
или однофазный ток нормальной частоты 50 Гц.
Режим работы — кратковременный и повторно-кратко-
временный. Категория бесперебойности 2-я, но на глав-
ных конвейерах автомобильных и авиационных заводов
отключение электроинструмента допустимо лишь на корот-
кое время, так как простой сборочных конвейеров при-
носи г большой ущерб.
Переносный электроинструмент требует специальных
сетей в виде развитой системы штепсельных розеток или
в виде специального закрытого троллейного шинопровода,
в котором передвигается токосъемная тележка с подве-
шенным к ней электроинструментом (см. § 6-10).
2-4. ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
К химической промышленности относятся: азотная
промышленность (производство аммиака и аммиачной се
литры), производство СОДЫ, суперфосфата, серной кислоты,
карбида кальция, каустика, хлора,металлического натрия,
резиновых шип и технических изделий, синтетического
каучука, синтетического спирта и др. Наиболее быстро
развивающейся областью химической промышленности
является производство синтетических материалов, затем
пластмасс, искусственных волокон и т. д., а также атом
пая промышленность.
Основные производственные механизмы — мешалки,
центрифуги, фильтр-ирсссы имеют мощность 1—55 кВт;
насосы центробежные 6—1 500 кВт; компрессоры поршне-
вые 50—6 300 кВт и турбокомпрессоры 7ОО—12ООО кВт.
Специфическими механизмами в резинотехнической
промышленности являются червячные прессы мощностью
110—550 кВт; вальцы 80—100 кВт; каландры 55—195 кВт и
др. 11а заводах по переработке пластмасс прпмопяются таб-
леточные и прессово-литьевые машины, гидропрессы, тер-
мопластавтоматы мощностью 2—85 кВт, агрегаты для изго-
товления листа 90—115 кВт и др. Кроме того, на этих
5(5
n0jlx имеются установки для подогрева пластмасс
(см. S 3-1).
(1л предприятиях искусственного волокна применя-
йся электровиретена мощностью 0,08—0,25 кВт (рабо-
тают при частоте 100—167 Гц и напряжении 45—130 В);
прядильные машины центрифугального шелка до 5 кВт;
кротильные и перемоточные машины мощностью J—50 кВт;
прядильные машины с с.хшнльой для штапельного во-
локна с суммарной мощностью до 100 кВт и др.
Для регул ирона пня частоты вращения турбоко.мпрес-
соров до 75% номинальной применяют схемы с вентиль-
ным каскадом; для поршневых компрессоров — систему
УТВД, позволяющую регулировать скорость до 50% но-
минальной.
Регулируемые приводы постоянного тока в резиновой
промыт дойности (каландры, вальцы и пр.) применяются
в производство пластмасс для агрегатов, изготовляющих
листы; искусственного волокна для дозировочных и на-
порных насосов и нитеводигелей прядильных’ машин,
а также дозировочных насосов аппаратов непрерывной
мерсеризации. Веи остальные потребители переменного
тока 50 Гц.
Для силовых электронрнемпикон применялось напря-
жение 500 В, которое после исключения из ГОСТ заме
ясно напряжением 3«S0 В с перспективой переходя на 66(1 В
Для двигателей мощностью свыше 250 кВт применяются
напряжения 6 и 10 кВ.
Для привода химических аппаратов, работающих при
высоких давлениях пли с ядовитыми жидкостями, вклю-
чая радиоактивные, применяются специальные асинхрон-
ные жраппрованные электродвигатели. Между статором
и ротором этик двигателей имеется металлический экран,
являющийся частью .химического аппарата, что позво-
ляет отказаться от сальниковых уплотнений и упростить
падежное выполнение этого аппарата. Энергия от статора
ротору передастся через металлический экран, потери
в котором несколько снижают к. н. д. и cos <| такого элек-
тродвигатели, однако преимущества получения надежной
конструкции химической аппаратуры имеют решающее
Значение.
Режим работы двигателей в основном продолжитель-
ный, по имеются приво щ (например, (озировочных насо-
С(»в), работающие кратковременно в течение 10 —15мин
в смену. Циклический характер имеют нагрузки цептрн-
57
фуг, мешалок п смесителей, у которых наблюдаются
тяжелые условия пуска и начального периода работы,
после которого нагрузка спадает иногда в 2—3 раза.
Резко переменная нагрузка бывает у вальцов резиновом
промышленности, понижающаяся к концу цикла, который
длится 20—40 мни.
Для привода мешалок применяются иногда два двига-
теля: более мощный работает только в начале цикла,
а после снижения нагрузки отключается и работает только
менее мощный двигатель.
Но степени бесперебойности к потребителям 1-й кате-
гории относятся мешалки некоторых производств, отклю-
чение которых может вызвать взрыв; санитарно-техни-
ческая вентиляция, остановка которой угрожает здоровью
люден; установки- водоснабжения и холодоснабжсиия и
значительное число других установок, отключение кото-
рых может повлечь взрыв, массовое отравление или порчу
оборудования. Система КИП также относится к 1-й кате-
гории, так как от ее бесперебойной работы зависит нор-
мальный ход технологического процесса.
Технологический процесс и-расположение потребите
лен основных производств сравнительно стабильны. Пере-
наладка технологического процесса сопровождается капи-
тальной реконструкцией оборудования и коммуникации,
при которой электрическая сеть внутри производствен-
ных помещений также реконструируется. Исключение
представляют новые виды производств синтетических
материалов и пластмасс, технологические процессы кото-
рых еще недостаточно установились. Для этих производств
требуется гибкая система электроснабжения, обеспечи-
вающая изменение и перемещение оборудования.
Современные химические комбинаты являются круп-
ными потребителями электроэнергии с максимумом нагруз-
ки, измеряемым сотнями мегаватт. Особенно мощными
являются заводы атомной промышленности, в частности
по разделению изотопов урана, где максимум нагрузки
превышает 2 100 МВт.
2-5. НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Современные нефтеперерабатывающие заводы (ППЗ)
производительностью 4—6 млн. т и более нефти в год
состоят из отдельных комплектных технологических уста-
новок, число которых соответствует годовой производн-
58
телытости завода. На рис. 2-12 приведен общий вид одной
из характерных установок — каталитического крекинга.
Мощности механизмов на НПЗ 0,4—3,5 кВт для дози-
ровочных насосов; 0,02—85 кВт для винтовых насосов;
5 5—500 кВт для центробежных насосов; 1G0—2 200 кВт
для крекипг-насосов; 58—625 кВт для поршневых ком-
прессоров и 500—12 000 кВт для турбокомпрессоров.
Кроме технологических, имеются установки общеза-
водского характера, из которых наиболее мощными явля-
Рис. 2-12. Установка каталитического крекинга.
ются блоки оборотной воды с насосными станциями мощ-
ностью несколько тысяч киловатт и товарно-сырьевая
база с многочисленными насосными. К числу электротех-
пологических потребителей относятся электрообессолива-
ющие установки ЭЛОУ с электродегпдраторами (см. § 3-4).
Все приводы переменного тока нормальной частоты 50 Гц,
так как регулирования скорости не требуется.
Применявшийся ранее па установках 1-й категории
паровой привод в настоящее время почти полностью вытес-
нен электрическим, обеспечивающим необходимую надеж-
ность работы установок. Па НПЗ применяется напряже-
ние 3.80 В для двигателей мощностью до 200 кВт, 6 и 10 кВ
Для более мощных. Нагрузка высоковольтных двигателей
59
составляет около 50 % всей нагрузки НПЗ. С переходом на
напряжение 660 В необходимость в напряжении 6 кВ
отпадает.
Режим работы в осповпом продолжительный с почти
неизменным суточным графиком нагрузки
К потребителям первой категории ППЗ относятся:
пасосы подачи сырья в трубчатые печи (крек инг-насосы);
насосы смазки технологических аппаратов; компрессоры,
вентиляторы и газодувки технологических установок;
вентиляторы продувки электродвигателей во взрывоопас-
ных помещениях; установки КПП; установки водоснаб-
жения — водозабор и блоки оборотной воды. Техноло-
гическая бронь ППЗ составляет 20—25% суммарной
нагрузки заводов, достигающей 100—200 МВт. Техноло-
гические процессы и расположение оборудования на НПЗ
являются постоянными; развитие производств идет по
линии автоматизации и интенсификации процессов.
Нефтепереработка требует значительного количества
пара для тепловых процессов, вследствие чею при НПЗ
обычно сооружаются ТЭЦ, работающие на отходах про-
изводства — мазуте, попутном газе.
2-6. БУМАЖПО-ЦЕЛЛЮЛОЗНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Мощности приводов механизмов в бумажной и картон-
ной промышленности колеблются от 1,5—4 до 20—30 кВт
для щепколовок и сортировочных машин, от 750 до 9-000 кВт
для дефибреров, измельчающих дерево в древесную массу.
Многодвигательпые приводы бумаго- и картоподелатель-
ных машин имеют суммарные мощности от 100 до 4 500—
7 000 кВт. Регулируемые приводы бумаго- и картоподе-
лательных машпп, отделочных каландров и др., выпол-
нявшиеся рапсе по системе ДГД, заменяются системами
УРВД и УТВД.
В бумажной промышленности для силовых приемников
мощностью до 200 кВт пока применяется напряжение
380 В, а дтя двигателей мощностью свыше 250 кВт — пан-
ряжение 6 кВ. В ближайшее время намечен переход па
напряжение 660 В, что позволит для распределения элек-
троэнергии применить напряжение 10 кВ. Частота про-
мыпглеппая 50 Гц. Режим работы электроприводов боль-
шинства механизмов продолжительный; лишь небольшая
часть механизмов работает периодически.
60
По степени бесперебойности к 1-й категории относятся
ваКуум-насосы бумагоделательных машин, перерыв в пода-
че электроэнергии к которым приводит к обрыву сеток,
т е к порче оборудования и большому ущербу. Вслед-
ствие высоких скоростей выхода готовой бумаги1
(до 700—900 м/ммп) нарушение технологического процесса
приводит к большому количеству брака. Сами бумажные
машины относятся ко 2-й категории, устройство для
самозапуска не обеспечивает бесперебойности их работы
из-за обрыва бумаги при кратковременном нарушении
питания. Механизмы подготовительных цехов, в том числе
древесномассных отделов, менее чувствительны к нару-
шению электроснабжения и относятся ко 2-й категории.
Бумажно-целчюлозное производство требует значи-
тельного количества тепла, вследствие чего па предприя-
тиях этой отрасли промышленности, как правило, соору-
жаются ТЭЦ.
2-7. ТЕКСТИЛЬНАЯ II ЛЕ КА.Я ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Сюда относятся прядпльпыо и ткацкие фабрики хлоп-
чатобумажных, суконных и искусственных тканей; обув-
ные, галантерейные, меховые и другие фабрики. Мощность
отдельных механизмов на этих предприятиях обычно незна-
чительна и по превышает 15—16 кВт; часто применяются
микродвигатели мощностью 50 Вт и выше, а в некото-
рых случаях — даже мощностью 18 Вт (асинхронные) и
до 5 Вт (универсальные коллекторные).
Развитие технологического оборудования данных
отраслей промышленности связано с автоматизацией про-
изводства и применением комбинированных агрегатов,
выполняющих несколько технологических операций и
оборудованных многодвмгательным приводом с соответст-
вующими КИП, управляющими технологическим про-
цессом. Суммарные мощности агрегатов достигают 150—
200 кВт.
Для прядения хлопка применяются машины и агрегаты
мощностью 0,6—30 кВт; для хлопкоткачества 0,6—36 кВт;
Для отделки хлопчатобумажных тканей 0,25—150 кВт;
Для прядения шерсгп 0,27—44 кВт; для шерстоткачества
0,1—36 кВт; для мытья, крашения и отделки шерсти
1 Точность поддержания скорости отдельных приводов совре-
менных бумагоделательных машин достигает 0,006’6.
61
0,25—46 кВт. В меховом производстве применяются спе-
циальные машины — мездрильные, стригальные, шер-
стерезные, чесальные, колотилытые и другие мощностью
от 0,5 до 8—10 кВт.
Для регулирования частоты вращения в пределах
от 1 : 3 до 1 : 4 машин по отделке тканей применяется
привод по системе УТВД, заменяющий систему ДГД.
Повышенная частота вращения в .легкой промышлен-
ности применяется для приводов механизмов обувной
промышленпостп, папртюр фрезерных стапков для обра-
ботки подошвы, при частоте до 300 гц и 18 000 об/мин.
Большинство электроприводов текстильных машин
работает в продолжительном режиме с коэффициентом
спроса 0,8—0,9. Двигатели с повторно-кратковременным
режимом встречаются редко, главным образом в подсоб-
ных механизмах, например в подающих механизмах,
подъемниках и т. п.
К потребителям 1-й категории относятся некоторые
производства отделочных и красильных фабрик, где пере-
рыв в подаче электроэнергии ведет к значительному
ущербу от брака прод^кцпп и длительного расстройства
тех нс логического процесса. В остальных производствах
перебои в электроснабжении ведут в основном к недовы-
пуску продукции без опасности повреждения оборудо-
вания и угрозы здоровью персонала. Потребители этих
отраслей промышленности относятся ко 2-й категории
за исключением противопожарных насосов и аварийного
освещения.
Технологический процесс в текстильной промышлен-
ности установившийся, расположение оборудования ста-
бильное. В легкой промышленпостп технологический
процесс и изделия меняются часто, вызывая перемещение
или замену оборудования, что требует примепения спе-
циальных универсальных сетей.
2-8. ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕР1 \ЛОВ
Сюда относятся заводы, производящие цемент, стекло,
железобетонные изделия, кирпич и пр. Номинальные
мощности электродвигателей на этих заводах изменяются
в пределах: для смесителей и бегунов — до 55 кВт; цемент-
ных мельниц — до 1 800 кВт; вентиляторов, дроби юк и
компрессоров 300—1 600 кВт.
62
На современных цементных заводах более 60% всей
нагрузки от двигателей мощностью 400—1 800 кВт, для
которых принимается напряжение 6 000 В; для других
двигателей — напряжение 380 В. *
Специфическими механизмами цементного завода, опре-
деляющими его производительность, являются вращаю-
Рвс. 2-13. Вращающаяся цементная печь.
Щиеся пени длиной 127—230 м, диаметром 3,6—8 м; масса
вращающихся частей 3 000 т и выше (рис. 2-13). Печи уста-
навливаются под углом 4' к горизонту и непрерывно вра-
щаются с частотой вращения I—1,5 об/мин. Вследствие
оолюного пускового момента для привода применяются
асинхронные двигатели с контактными кольцами мощ-
ностью 60—2 X 310 кВт.
Для приводов шламового питателя и угольных шнеков,
Услуживающих вращающиеся мечи и требующих регу-
лирования скорости, применяются приводы постоянного
СЗ
тока. Для прочих обслуживающих печь приводов элева-
торов, транспортеров, маслоиасосов, вентиляторов и т. д.
применяются двигатели трехфазною тока. К числу элек
тротехпологлческих установок цементной промышленности
относятся электрофп |ьтры.
На стеклозаводах специфическими .механизмами явля-
ются стеклотянульные и стектопрокатные машины. Стек ю-
тянульные машины мощностью 1,5—2,5 кВт служат для
вертикального вытягивания стекла (ВВС) шириной до
Рис. 2-14. Конвейер шлифовки и полировки стекла.
3 м со скоростью до 100 м/мни и горизонтального шири-
ной до 4 м — сначала вверх, затем в горизонтальном нап-
равлении, толщина стекла 0,4—20 мм. Стеклонрокатпыс
машины мощностью 6.5 кВт периодического действия
вырабатывают отдельные листы, а непрерывного дейст-
вия — лепту, разрезаемую после прохождения отжига-
тельной печи. Полученные из стеклопрокатпых машин
листы шлифуются и полируются на автоматизированных
конвейерах, оборудованных шлифовальными и полиро-
вальными станками (рис. 2-14). Стеклотянульпые машины
требуют регулировки скорости и имеют приводы посто-
янного тока, а стеклонрокатпыс машины и рольганги-
приводы но системе ДГД и УТВД.
61
Автоматизированный конвейер шлифовки и полировки
стекла имеет около сотни сблокированных приводов пере-
менного тока — главные приводы, механизмы перекла-
дывания стекла, шлифова iып>к* и по шрова и.пые станки,
присосные крапы общей мощностью 2 500—4 500 кВт;
мощность наибольшего двигателя до 65 кВт.
В последнее время производство стекол больших
размеров выполняется по схеме флоутппг-процесса. В ван-
не с электрическим нагревом мощностью несколько мега-
ватт стекломасса находится под слоем расплавленного
олова и выходит из ванны в виде непрерывном прозрач-
ной ленты, не требующей шлифовки п полировки. Стек-
лянная лепта проходит но конвейеру, затем термообра-
ботку в электрических печах и режется па необходимые
размеры.
На заводах железобетонных изделий применяются:
конвейеры по производству панелей перекрытий; бетоно-
мешалки емкостью 600—4 500 л; бетоноукладчики, фор-
мовочные машины с вибраторами. Последние работают
на повышенной частоте 200 Гц при напряжении 220 В;
остальные приводы переменного тока работают на про-
мышленной -частоте 50 Гц. Электротехпологическимп
установками для заводов железобетонных изделий яв-
ляются электросварка — дуговая и контактная — и э.тек-
тропагрев для предварительного напряжения арма-
ту ры.
Напряжение силовых приемников в промьпплетшостп
строительных материалов 380 В; для мощных приводов
(крупных насосов, компрессоров, дымососов и др ) —
6 и 10 кВ. Большинство механизмов работает в продол-
жительном режиме, иногда периодическими циклами;
производство имеет непрерывный .характер.
К потребителям 1-й категории в промышленности
строительных материалов относятся приводы вращаю-
щихся печей цементных заводов, останов которых может
вызвать неравномерный нагрев п деформацию корпуса
печи; компрессоры, вентиляторы и насосы, обеспечиваю-
щие производственные установки сжатым воздухом и во-
лей. На стеклозаводах группу потребителей 1-й категории
составляют машины для вытягивания или проката стекла
и все механизмы, обслуживающие стекловаренную печь.
Технологические процессы постоянны, как и расположе-
ние технологического оборудования.
3 Мукосеев Ю Л.
65
2-9. ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТАНОВКИ
Подъемно-транспортные машины (тельферы, кран-
балки, мостовые консольные п козловые краны, подъем-
ники, лифты, манипуляторы и др.) имеют грузоподъем-
ность 0,25—630 тс п выше. Для монтажа гидротурбин
1ЭС применяется кран грузоподъемностью 500/50 тс; для
обслуживания уникальных турбин Красноярской ГЭС
500 МВт применяются два таких крана. В судостроении
применяются плавучие крапы грузоподъемностью до
1 000 тс.
Мощность электроприводов подъемных машин в зна-
чительной мере зависит от скорости операции, определяе-
мой условиями производства. Например, закалочный
кран грузоподъемностью 5 тс термического цеха имеет
мощность двигателя подъема 45 кВт при Л В = 40 %,
в то время как у обычных кранов грузоподъемностью 5 тс
механических цехов мощность двигателя подъема состав-
ляет всего 12 кВт при ПВ — 25%.
Мощность двигателя главного подъема тихоходного
монтажного крана ГЭС грузоподъемностью 500 тс 113 кВт,
а всего крана 385 кВт. Суммарная мощность приводов
быстроходного бетопоукладочного крапа для строитель-
ства Сибирских ГЭС грузоподъемностью 22 тс, имеющего
вылеты двух консолей в обе стороны ио 50 м, составляет
1 724 кВт.
Для приводов подъемпо-трапснортпых машин приме-
няется переменный и постоянный ток, в зависимости от
требований производства. Установки постоянного тока
постепенно вытесняются установками систем ДГД и УТВД
или просто электроприводами переменного тока. В чер-
вой металлургии постоянный ток применяется для тяже-
лых крапов мартеновских цехов; для новых конвертор-
ных цехов краны выполняются с приводом переменного
тока.
Манипуляторы для грубой работы в установках ковоч-
ных прессов имеют рычаг с клещами, поднимающий бол-
ванки массой до 70 т из нагревательной печи; привод на
переменном токе (рис. 2-15).
Для питания подъемно-транспортных машин приме-
няются напряжения, аналогичные напряжениям пита-
ния основной силовой нагрузки. Возрастающая мощность
подъемно-транспортных машин (в частности, угольных н
рудных перегружателей, кранов па судоверфях и др.)
66
вызывает необходимость повышения напряжения питания;
появились установки с кранами, питающимися через
контактные сети напряжением 6 кВ с понижающими транс-
форматорами па самом крапе.
Режим работы подъемно-транспортных машин — пов-
торно-кратковременный, с ПВ от 15 до 60%. Категория
бесперебойности электроснабжения подъемпо-трапснорт-
иых машин зависит от их назначения. К 1-й категории отно-
сятся краны с горячим металлом: заливочпые, загрузоч-
ные и разливочные краны мартеновских и конверторных
Рис. 2-15. Манипулятор для ковочных работ.
цехов, закалочные крапы термических цехов, мостовые
и другие крапы, обслуживающие мощные гидропрессы
свободной ковки, обрабатывающие уникальные изделия.
Большинство подъемно-транспортных машин в про-
цессе работы перемещаются по специальным путям и
питаются через голые контактные провода — троллеи.
Положение самих троллеев стабильно, электронагрузки
подъемно-транспортных машин постоянны по располо-
жению.
Поточно-транспортные системы (ПТС), состоящие из
различных конвейеров, перегрузочных и других механиз-
мов, широко применяются в автоматизированных произ-
водствах, связанных с сыпучими телами, например в кок-
сохимических цехах, при приготовлении формовочной
земли в литейных машиностроительных заводах, на зер-
3* 67
новых элеваторах, бетонных заводах, обогатительных и
агломерационных фабриках, фабриках резинотехниче-
ских изделии и др.
Мощности приводов различных транспортеров, кон-
вейеров, шнеков, норий и других транспортирующих
механизмов не превосходят 20—40 кВт. Режим работы
длительный.
Особенностью механизмов ПТС является их взаимо-
связь, обусловленная технологическим процессом. При
транспортировании и обработке сыпучих тел порядок
работ механизмов такой, что первым начинает работать
самый последний по ходу механизм и в последнюю оче-
редь — первый по технологии, что обусловлено необхо-
димостью избежать завалов продуктом последующих сту-
пеней. При остановке одного из промежуточных звеньев
ПТС все предыдущие по ходу механизмы должны быть
остановлены. Для создания необходимых блокировок и
связей механизмов ПТС управление обычно производится
с центрального поста управления (ЦПУ).
Аппаратура управления и сигнализации устанавли-
вается в ЦПУ, что обеспечивает централизованное управ-
ление ПТС одним диспетчером или же автоматизацию
работы ПТС.
Категорийность потребителей по бесперебойности зави-
сит от технологического назначения ПТС. Расположение
механизмов постоянное.
Компрессоры, насосы и вентиляторы. Компрес-
соры применяются во многих отраслях промышленности
для получения сжатого воздуха давлением до 6—8 кгс/см 2,
сжатпя и охлаждения газов в химической промышлен-
ности, где давления до 2000 кгс/см 2 п выше. Для неболь-
ших по производительности установок всех давлений
применяются поршпевые компрессоры (рис. 2-16) с приво-
дом от тихоходных (94—187 об/мин) синхронных двига-
телей диапазоном мощностей от 50 до 4000—9 000 кВт.
Для установок большой производительности при дав-
лениях до 6—8 кгс/см2 применяются турбокомпрессоры
мощностью 700—18 000 кВт с приводом от быстроходных
синхронных двигателей. В химической промышленности
поршневые компрессоры па давление 40—50 кгс/см2 выте-
сняются центробежными турбокомпрессорами. В дальней-
шем возможны повышение давления до 300 кгс/см2 и пере-
ход па безредук горный привод от паровых турбин мощ-
ностью 25—30 МВт с частотой вращения до 20 000 об/мин.
68
В компрессорных установках дчя газопроводов при
переменном режиме расхода газа требуется регулирова-
ние частоты вращения компрессоров, для чего применя-
ются асинхронные двигатели мощностью до 4 500 кВт
с вентильным каскадом, обеспечивающим регулирование
частоты вращения в пределах 100—70%. Мощности нере-
гулируемых газовых компрессоров достигают 7—12 МВт.
Приводы компрессоров сжатого воздуха являются
наиболее крупными потребителями электроэнергии па
Рис. 2-16. Установка компрессоров в цехе завода синтеза
енп рта.
машиностроительных заводах. В химической промышлен-
ности суммарные установленные мощности компрессор-
ных превышают 100 МВт.
Насосы д 1я перекачки различных жидкостей имеют
диапазон мощностей от долей киловатта (подача смазки,
реактивов и пр.) до 12,5 МВт (с вертикальным валом для
промышленного водоснабжения). В установках большой
производительности с переменным расходом для снижения
удельного расхода энергии на единицу перекачиваемой
жидкости, необходимо регулирование частоты вращения,
вследствие чего привод выполняется по каскадным схе-
мам.
В связи с интенсификацией теп ювых процессов, осо-
бенно с развитием атомной промышленности, потребова-
69
мощностью до 1200
Рис. 2 t7. Электро-
магнитный насос по-
стоянного тока.
лист» насоспые установки для перекачки жидких горячих
металлов (натрия, калия и их сплавов), используемых
в качестве теплоносителя, в том числе для передачи тепла
из радиоактивной зоны в расположенные в нормальной
зоне теплообменники. К этим установкам предъявляются
весьма жесткие требования из-за недопустимости радио-
активных утечек. Одно из решений этой проблемы состоит
в применении экранированных электродвигателей мощ
костью ог 0.5 до сотен киловатт. Имеются экранирован-
ные электродвигатели для насоса радиоактивной воды
кВт. Однако полная герметизация
таких установок была достигнута
лишь при помощи электромагнитных
насосов постоянного и переменного
тока, построенных по принципу элек-
тродвигателей, причем роль обмотки
играет движущийся в магнитном
поле жидкий металл.
Электромагнитный насос постоян-
ного тока состоит из электромагнита,
между по носами которого проходит
тр\ба с жидким металлом; поперек
трубы пропускается постоянный ток,
вследствие чего в жидком металле,
находящемся под магнитом, по-
является электродинамическая сила,
двигающая металл вдоль трубы
(рис. 2-17). Пуск такого насоса ана-
логичен пуску обычного двигателя постоянного тока;
здесь также необходим пусковой реостат до создания
протмвоэзектродвп/кущеи спил в двигающемся металле.
Значение к. и. д. таких насосов 15—20% для малых и
40—50% для больших единиц. Недостатком их является
необходимость питания постоянным током папря кепи
ем 0,5—2.5 В при величине токов от десятков до 300 к
В качестве источников питания электромагнитных насо-
сов постоянного тока наиболее подходят униполярные
генераторы.
Электромагнитный насос может быть переменного
тока с низкими значениями к п. д. и коэффициента мощ-
ности. вс I едет в не чего целесообразнее использовать прин-
цип асинхронной машины. В электромагнитных насосах
переменного тока жидкий металл находится в трубах,
являющихся обмоткой ротора; электродинамическая сила,
1 — поток металла,26 —
магнитный по нос: а —
канал насоса; 4 — на-
правление тока; .5 —
шина, подводящая ток.
70
передаваемая индукционным путем от статора, вызывает
соответствующее движение металла. Такие ин аукцион-
ные насосы выпо шлются двух типов — спиральные и
плоские линейные. В первом случае ротор выполняется
из спиральных труб, в которых жидкий метал i получает
лращательио-иоступателыюс движение. Плоские элек-
тромагнитные насосы состоят из развернутого па плос-
кость трехфазиого статора и ряда труб с жидким метал-
лом. в которых бегущее магнитное поле статора создает
электродинамическую силу, двигающую металл вдоль
труб; к. п. д. таких насосов достигает 45"о (рис. 2-18).
Pug. 2 18 Электромагнитным насос
церемонного тока с плоским статором.
Преимуществом таких насосов является возможность
питания от обычной сети трехфазиого тока при стандарт-
ных напряжениях. Недостатком их является низкий
коэффициент мощности (до 0,12).
Электромагнитные насосы с успехом применяются
также в производствах, требующих снабжения жидким
оловом, например в радиотехнической промышленности
при пайке печатных схем; для перекачки хлоридпых
расплавленных солей в электролизные ванны; для подачи
сплавов алюминия в машины для литья иод давлением;
Для подачи жидкого чугуна от электропечей к формам
» др.
Электропривод в е и т и л я то ро в имеет широкий
Диапазон мощностей, начиная от десятков ватт. Самые
мощные вентиляторы применяются для аэродинамических
тРУб, в которых испытываются космические корабли,
модели и даже сами самолеты при скорости воздуха до
°* ООО км/ч; мощности таких вентиляторов измеряются
71
Десятками мегаватт. Рекордная установка состоит из
электродвигателей мощностью 2 X 61 2 X 18,5 = 159
МР>т, причем двигатель мощностью 61 МВт является
самым мощным в миро (рис. 2-19). Частота вращения
вентиляторов аэродинамических труб регулируется от О
до номинальной, для чего применяются специальные
асинхронно-синхронные каскады (системы ДГД—УРВД)
и частотное регулирование.
Для питания рассмотренных групп потребителей при-
меняются все ступени напряжений от 380 до 10 000 В
Рис. 2-19. Двигатель привода аэроди-
намической трубы мощностью 61 МВт,
(за рубежом до 13 800 В) р. зависимости от мощностей
двигателей и напряжений цеховых и общезаводских
электросетей.
Режим работы приводов ’компрессоров, насосов и
вентиляторов — продолжительный, за исключением спе-
циальных приводов: насосов-дозаторов, работающих
кратковременно; вентиляторов циклической работы
в резиновой промышленности и др. Мощные аэродинамп
ческпс трубы работают от нескольких минут до 2—3 ч и
создают затруднения для энергосистем резко переменным
режимом с кратковременными нагрузками в сотни мега-
ватт. Степень бесперебойности электроснабжения зависит
от назначения установки и техпологии производства.
К потребителям 1-й категории относятся противопожар-
ные пасосы, питательные насосы паровых котлов, венти-
ляторы химических цехов и т. и. Расположение компрес-
соров, насосов и вентиляторов стабильно.
72
г 7АВА ТРЕТЬЯ
ЭДЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКПЕ II ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ
3-1. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Дня электротермических установок, в которых электро-
энергия превращается в тепловую, характерными являют-
ся следующие тины различных нагревательных устройств.
Электропечи сопротивления косвенного действия с на-
гревателями. Сюда относятся электропечи с металличе-
скими или керамическими нагревателями, служащие для
птавки цветных металлов, термообработки металлов
(закалки и отжига), сушки изделии нос ie окраски, а также
лагрсва металлов, пластмасс, различных жидкостей и
Рис. 3-1. Электросушильная камора для
железнодорожных вагонов.
газов. Максимальная температура (до 2 000 С и выше)
достигается при молибцеповых нагревателях. Мощное ь
электропечей для плавки цветных металлов -)0 600 кВт,
для термообработки 5—10 000 кВт (агрегат непрерывного
отжига стальной лепты после холодной прокатки).
Д|я сушки изделии в машиностроительной промыш-
ленности широко применяются установки со специаль-
ными лампами и ш специальными закрытыми нагревате-
лями инфракрасного из i учения. В автомооилыюп про-
мышленности мощность специальных установок, в кото-
рых сушатся покрашенные автомоопли целиком, достигает
300—1 000 ьВг. Имеются аналогичные установки для
сушки после покрытия лаком п краской железнодорож
ных вагонов (рис. 3-1).
73
Электропечи с расплавленной средой — соляные и
селитровые ванны, в которых погруженное изделие полу-
чает тепловую энергию путем теплопроводности, имеют
мощность до нескольких сотен киловатт. В химической
промышленности для нагрева жидкостей или газов ток
пропускается через трубы, изолированные от корпуса,
от специального однофазного трансформатора.
Электропагрев нагревательными элементами имеет
место в различных пресс-формах при производстве изде-
лий из пластмасс, в кабельной промышленпостп при
покрытии пластмассовой изоляцией, в обувной промышлен-
ности для горячей вулканизации низа обуви и др. Мощ-
ность нагрева пресс-форм в производстве изделий из
пластмасс составляет 3—100 кВт. Мощность нагрева
в червячных прессах для покрытий кабелей пластиками
составляет 40—260 кВт. При наложении алюминиевой или
свинцовой оболочки в производстве кабелей мощность
электронагрева составляет 40—60 кВт.
Напряжение питания для мелких однофазных печей
сопротивления применяется 220 пли 380 В, а для трех-
фазных — не выше 380 В. В некоторых случаях приме-
няются трансформаторы, понижающие напряженно сети
до 60—100 В, которое наиболее оптимально для работы
нагревателей.
Электропечи сопротивления прямого действия. Одно-
фазные машипы контактного нагрева, в которых ток про-
ходит через заготовки, при ковке имеют мощность 200—
300 кВ-А; при прокатке — до 10 МВ-А.
В установках лужения жести применяется контакт-
ный нагрев стальной ленты, через которую пропускают
ток. подводимый при помощи роликов; мощность установки
до 2 000 кВт. '
В стекловаренных печах нагрев создается при прохож-
дении тока через жидкую массу расплавленного стекла,
которое при высоких температурах становится провод-
ником. Мощность стекловаренных печей 400—4 000 кВт.
В строительстве применяется прямой электропагрев
бетона при помощи металлических электродов, закла-
дываемых в массив бетона. Прямой нагрев применяется
в графитировочных печах мощностью 800—8 000 кВ • А,
где ток (переменный или постоянный) пропускается через
угольные электроды, превращая их в графитовые; в печах
для производства абразивов — карборунда, мощностью
до 2 500 кВт, где ток пропускается через соответствующую
74
массу, подлежащую обжигу; в аналогичных печах мощ-
ностью до 2000 кВт для получения сероуглерода.
Напряжение питании в зависимости от мощности при-
нимается 380 В и (5—10 кВ. Частота 50 Гц.
Режим работы установок печей сопротивления пря-
мого и косвенного действия большей частью продолжи-
тельный, но иногда повторно-кратковременный в зави-
симости от принятой технологии. Установки работают
по заданному циклу, в который входят периоды загрузки
и выгрузки изделий, когда электрическая нагрузка сни-
мается полностью или частично. Такие циклы длятся
иногда до 36 ч (графитировочные печи) и даже до 72 ч
(отжиг отливок ковкого чугуна).
По степени бесперебойности электроснабжения уста-
новки печей сопротивления относятся в большинство
ко 2-й категории, так как перерыв ведет к недоотпуску про-
дукции без появления опасности для людей и порчи обо-
рудования; в некоторых случаях может быть значитель-
ный ущерб от брака продукции.
Расположение электронагревательных установок
обычно сосредоточиваемых в термических цехах, отделе-
ниях отжига является постоянным.
Дуговые электропечи. К этом группе потребителей
относятся электропечи, в которых выделяемое при горе-
нии электрической дуги тепло используется в металлур-
гии для выплавки стали, чугуна, меди и ее сплавов,
титана, молибдена и других металлов; в химической
промышленности — для электрокрекинга в целях пря-
мого получения ацетилена из метана.
Рпс. 3-2. Принципиаль-
ная схема дуговой элек-
тропечи.
1 — трансформатор; 2 —
шины; з — гибкая часть;
4 —токоподвод к электро-
дам; 5 — электроды; 6 —
металл.
В электропечах для плавки стали и чугуна дуга горит
между электродами и металлом (рис. 3-2). Эти печи пита-
ются от трехфазных трансформаторов, мощность которых
от 400 кВ-А (для печи емкостью 0,5 т) до 45 МВ-А (для
иечи емкостью 200 т). Имеется тенденция повышения
75
у гельной мощности дуговых печен (на о (ну тонн}’ емкости).
За рубежом ин 130 тонной печи мощность трансфор-
матора доходит до 80 МВ *А с перспективой аальпейшего
увеличении емкости и мощности io 3tiU т и 250 МВ*А.
Дли п панки чугуна применяются «ши готичные дуговые
трехфазные печи мощностью до 5 200 кВ-А.
Напряжение питании дли печных трансформаторов
6. 10, 35 и 110 кВ с перспективой повышения до 220 кВ.
Рабочее напряжение дуги, получаемое от печных транс-
форматоров, 110— 500 В; ток ду ги достигает 100 кА и выше
Рис. 3-3. Дугоная сталеплавильная «лгктро-
иечь емкостью 1ЯО । е отодвинутым сводом.
Участок плектричоской цепи между трансформатором
и электродом, состоящий из шип, гибкой частиптоконод-
водои к электродам, называется короткой сетью электро-
печи (рис. 3-2). Вороткам сеть в значигелык-и мере опре-
деляет электрические параметры печи; сооружение этой
сети на токи в десятки тысяч ампер связано с большими
трудностями вследствие резких проявлений »ффекгов
близости и переноса мощности. Гибкая часть короткой
сети служит для ]>егулирова11ня положения электродов
над ванной металла, обеспечении наклона печи для раз-
лива готовой плавки, а также откатки ванны при подъеме
свода печп вместо с механизмами подъема электродов или
для отвода свода кечи в сторону для быстрой загрузки
(рис. 3-3).
Режим работы дуговых сталеплавильных печей отно-
сится к резко переменным из-за частых колебаний нагрузки
76
в период расплавлении шихты вследствие так называе-
мых эксплуатационных коротких замыкании в момент
обвала ши Xi ы, замыкающен электроды накоротко. Ток
в этот момент ограничивается только реактивным сопро-
тивлением трансформатора и специального дросселя,
включаемою последовательно на период расн ian leiiiin
шихты. Электроды дуговых нечей снабжаются автомати-
ческим регулированием подъема н спуска; однако при
ликвидации экснлуатацнонпого короткого замыкания для
поднятия электрода требуется несколько секунд, в тече-
ние которых продолжается ник нагрузки. Вследствие
неизбежности таких пиков дуговые сталеплавильные печи
в схемах электроснабжения стараются выделить на отдель-
ную систему шин («беспокойная шина») или па отдельный
ни тающий трансформатор, чтобы перенести толчки на-
грузки па напряжение 33 или 110 кВ.
В период рафинирования жидкого металла сталепла-
вильные печи работают с равномерной нагрузкой, как и
электропечи, работающие но дуплекс-процессу с залив
кой жидким чугуном из вагранок.
Для мощных печей емкостью 80 т и выше применя-
ется электромагнитное перемешивание ванны при Помощи
индукционной катушки. Последняя расположена под
ванной и питается от специального преобразователя —
машинного пли ионного мощностью 500—1 200 кВ-А,
током .частотой 0,5—2 Гц.
Оперативные выключатели трансформаторов стале-
плавильных луговых электропечей должны отключал.
До двух-трех эксплуатационных коротких замыкании за
каждую н 1авку; для этой цели должны применяться
только специальные выключатели, например электро-
магнитные тина ВЭМ-1011.
В дуговых печах для плавки меди и ее сплавов дуга
горит между электродами («бабочка») над поверхностью
металла; в ном случае применяются однофазные транс-
форматоры мощностью 125—400 кВ-А; напряжение пита-
ния 6—10 кВ. Медеплавильные печи дают спокойную
нагрузку. Установленные мощности современных элек-
трометаллургических цехов до<тигают 2U0 МВ - \ и более.
Дуговые ночи относятся к потребителям 2-й категории,
так как они не боятся кратковременного перерыва подачи
энергии.
Жаропрочные сплавы и редкие металлы высокой чис-
тоты — титан, цирконий, молибден н др., а также железо
77
высокой чистоты плавят в вакуумных дуговых печах
(ВДП), где получаются слитки массой до 52 т. Печи рабо-
тают на постоянном токе 12,5—50 кА, напряжением
30—75 В и питаются от полупроводниковых выпрямите-
лем. Мощность ВДП достигает 2 500—4 500 нВ-А, напря-
жение питания 6 и 10 кВ.
В установках электрошл а нового переплава (ЭШ11),
впервые разработанного институтом электросварки имени
Е. О. Паюпа АП Ъ ССР в 1968 г., переменный ток прохо-
дит через расходуемый электрод, подлежащий переплавке,
и слои жидкого электропроводящего шлака. Капли метал ia
стекают с торца электрода; проходя через слой шлака,
они очищаются и формируются в кристаллизаторе. Полу-
ченный металл обладает повышенной плотностью и высо-
кими механическими свойствами.
Для питания ЭШП применяются однофазные и трех-
фазные трансформаторы мощностью 1—5 МВ*А и выше.
При трехфазном трансформаторе трп электрода распола-
гаются по треугольнику и работают па один кристалли-
затор в целях устранения эффекта переноса мощности
(см. § 6-12). Напряжение питания трансформаторов 6 и
10 кВ. v
При электрокрекипге метан подается в кольцевую
камеру, где горит дуга постояппого тока напряжения
7,8—8 кВ при токе 900 А и мощности 7 МВт. Питание
дуги от ртутного выпрямителя, напряжение питания
6, 10, 35 кВ. Имеются установки электрокрекинга сум-
марной мощностью до 140 МВт.
В руднотермических печах тепловая энергия выде-
ляется за счет дуги между электродом и шихтой, в кото-
рую оп погружен, и за счет прохождения тока через со-
противление шихты. Различают бесшлаковый процесс,
при котором горение дуг около электродов проходит спо-
койно, и шлаковый, при котором дуги получаются менее
устойчивыми и колебания мощности достигают ± 15%.
Рудиотермические печи применяются в черной метал-
лургии в качестве электродомсн п для получения ферро-
сплавов; в цветной металлургии для получения штейна
из полиметаллических руд в производстве никеля, свинца
и цинка и в химической промышленности для получения
карбида и цианамида кальция, карбидов бора, элсктро-
корупда, для возгонки фосфора и др.
Электродомны применяются в странах, в которых
отсутствуют коксующиеся угли, необходимые для домен*.
78
лого процесса (Швеция, Норвегия, Япония). В СССР
электродомны распространения не получили.
Все рудпотермические печи, обычно трехэлсктродныс
(при больших мощностях — шестпэлектродные), приме-
няются с одним трехфазным или тремя однофазными
трансформаторами. Мощность руднотермических печен
9 5—80 МВ-хА., проектируются электропечи мощностью
в 96-100 МВ-А.
Напряжение на электродах, диаметр которых дости-
гает 1 000—2 400 мм, в зависимости от назначения элек-
тропечи 15—400 В. Прямоугольные электроды в элек-
Рпс. 3-4. Трансформатор электропечи для карбида каль-
ция мощностью 60 МВ-А, напряжением НО кВ.
тропочи для карбида кальция имеют поперечный разрез
3 200 х 800 мм при мощности 60 МВ-А и токе 120 кА.
Напряжение питания 6—10—35 кВ; для мощных
печей от 48 МВ-А и выше 110—154 кВ. Руднотермические
печи для карбида кальция первыми стали питаться на-
пряжением НО кВ, а ферросплавные 154 кВ.
Режим работы руднотермических печей более спокой-
ный, чем чисто дуговых, нагрузка печи для поддержания
постоянства мощности регулируется поднятием и опуска-
нием электродов. Все печи работают на промышленной
частоте 50 Гц, категория 2-я. Вследствие большой тепло-
емкости мощные печи могут быть отключены па 1—2 ч
без существенного ущерба, что позволяет регулировать
максимум нагрузки в энергосистеме.
Индукционные плавильные электропечи. В индукцион-
ных электропечах расплавление металлов происходит
79
за счет индуктированных в них токов. Печи однофазные
и работают при нормальной частоте 50 (60) Гц, при повьь
шейной — до 10 кГц и высокой частоте до 60—74 кГц.
В печах нормальной частоты плавят цветные металлы
и их сплавы (алюминий, цинк, латунь и др.), а также
подогревают жидкий чугун или сталь.
28,8
Рпс. 3-5. Общпй впд закрытой пето для ферросплавов типа
РПЗ-48 мощностью 48 МВ «А.
1 — кожух; 2 — футеровка; 3 — свод: 4 — электрододержатсль; 5 —
трубчатый пакет; в, 7 — привод и уравнительный ват перемещения
электродов; 8 — кольцо перепуска электродов.
Мощность индукционных тигельных печей для плавки
чугуна и стали емкостью 1—60 т составляет 200—17 000
кВт; миксеров-накопителей емкостью до 100 т 4 400 кВт;
для плавкп и подогрева цветных металлов п сплавов печи
емкостью 0,75—40 т имеют мощность 250—6 000 кВт.
Напряженно питания 380; 6 000; 10 000 В.
За рубежом индукционные печи снабжаются симме-
трирующим устройством с емкостью в виде батареи
конденсаторов и регулируемой индуктивностью, преоб-
разующей однофазную нагрузку в трехфазную. Необходп-
80
мость такого устройства вызвана ограничением мощности
однофазных электропечей энергосистемами. В СССР даже
при мощных энергосистемах вопрос симметрирования
нагрузки становится актуальным в связи с возрастанием
мощностей однофазных электропрнемпнков. Коэффициент
мощности этих, электропечей 0,4—0,66; электропечи уста-
навливаются с батареей конденсаторов, повышающих cos <р
до 0,95-1.
Индукционные однофазные печи повышенной частоты
5Q() _io ООО Гц без сердечника питаются от преобразовате-
лей частоты, которые яв-
ляются дорогой частью
установки, и для повы-
шения их использования
обычно устанавливаются
две печи на один пре-
образователь. Наиболее
крупные индукционные
> печи повышенной частоты
имеют емкость 12 т и
мощность 3 700 кВт (ча-
стота 600 Гц), при емкости
18 т — мощность 4 400 кВт
(рис. 3-6).
В металлургии редких
металлов и металлов вы-
сокой чистоты (титан, мо-
либден и др.) применяются
вакуумные индукционные
печи, работающие в за-
крытых герметичных каме-
рах с разрежением до
1-10"в кге см2, емкостью
до 2,5 т, мощностью
1 100 кВт при частоте 890 Гц. Коэффициент мощности
индуктора повышенной частоты составляет всего 0,1,
и для его повышения ус1анав гпваются конденсаторные
батареи, мощность которых в 10 раз больше мощности
преобразователя частоты.
Установки индукционного и диэлектрического нагрева.
Индукционный пагрев металлов токами нормальной час-
тоты получил широкое распространение для нагрева
корпусов электрических машин, баков трансформаторов,
выключателей и других электрических аппаратов, для
Рис. 3-6. Высокочастотная индук-
ционная печь емкостью 12 т.
81
сушки электроизоляции во время ремонта и монтажа.
13 химической промышленности он применяется для
нагрева жидкостей и газов, помещенных в стальной сосуд
или трубопровод, в которых наводятся индуцированные
токи. В машиностроительной промышленности индук-
ционный нагрев токами нормальной частоты применяется
для сушки металлических поверхностен после окраски.
При горячей обработке металлов применяется сквоз-
ной индукционный нагрев черных металлов (сталь, титан)
под ковку и прокатку токами нормальной и повышенной
частоты до 10 000 Гц. Нагрев производится в нагреватель-
ных индукционных постах мощностью до 1 500 кВт, питае-
мых от индивидуальных преобразователей частоты или
от общей сети повышенной частоты нрп централизован
ном преобразовании.
Индукционные нагревательные посты повышенной
частоты питаются напряжением 750 или 1 500 В и снабжа-
ются конденсаторными батареями для компенсации реак-
тивной нагрузки. В целях удешевления индукционного
сквозного нагрева применяется двухчастотный нагрев,
когда заготовка нагревается предварительно при нормаль-
ной частоте 50 Гц до температуры точки Кюри около 730 С;
при достижении этой точки, когда пропадают магнитные
свойства металла, нагрев продолжается до нужной темпе-
ратуры при повышеппой частоте. Подобная установка при-
менена в одном из прокатных цехов с частотами 50 1 000 Гц.
Для поверхностной закалки применяются установки
с индивидуальными преобразователями мощностью 50—
100 кВт, частотой 2 500 и 8 000 Гц.
Общая установлсппая мощность преобразовательных
агрегатов для нагрева заготовок в кузнечных и прокат-
ных цехах достигает 10—15 МВт; все преобразователи
работают параллельно на общую магистраль — шино-
провод. При питании индукционных нагревателей от
общих магистралей во избежание перегрузки преобразо-
вателей и использования их мощности применяется так
называемая «схема ожидания». Изделие в нагреватель
закладывается заранее, по сам нагреватель включается
тогда, когда дойдет до него «очередь» по схеме.
Аналогичные схемы применяются в установках поверх-
ностной закалки нрп нескольких индукторах с общим
преобразователем. Наибольшая мощность индукцион-
ного подогрева слитков в установке УНРС, упомянутая
выше, достигает 210 МВт.
82
Установки диэлектрического нагрева служат для на-
грева диэлектриков за счет токов смещения в переменном
чтектрическом поле между двумя электродами, являю-
щимися обкладками конденсатора высокой частоты (от
сотен килогерц до десятков мегагерц). Они применяются
ля нагрева пластмасс, порошков, бумаги, дерева, фар-
фора, текстолита, хлопка, пищевых продуктов и других
немота.ктическпх предметов.
В производстве изделий из пластмасс исходное сырке
в виде таблеток или порошков перед закладкой в пресс-
форму предварительно нагревается токами высокой час-
тоты в установках, работающих на частоте 25—40 мГц,
мощностью 1—30 кВт.
Для сварки пленок из пластика применяется диэлек-
трический нагрев при частотах 38—40 кГц с мощностью
установки до 3 кВ-А. Широкое применение диэлектри-
ческого нагрева для сушки дерева экономически не оправ-
дывается; обычно применяется комбинированная сушка:
диэлектрическая и обычная (паровая и др.), причем только
для крупных сечений древесины в колодочном, шпуль-
ном и других производствах.
Диэлектрический нагрев успешно применяется при про-
изводстве фанеры, листы которой перекладываются метал-
лическими листами, служащими обкладками конденсато-
ров; нагретые токами высокой частоты, при обжатии на
прессах эти листы склеиваются. Источниками высокой
частоты 106—108 Гц служат ламповые генераторы, мощ-
ность которых достигает 500—1 200 кВт.
Все установки диэлектрического нагрева, как и инди-
видуальные посты индукционного нагрева, являются
потребителями трехфазного тока промышленной частоты,
так как обычно они работают в блоке по схеме преобразо-
ватель — потребитель.
Напряжение питания преобразователей в зависимости
от мощности составляет 380 В или 6—10 кВ. Режим ра-
боты нагревательных установок повторно-кратковремен-
вьш или циклический.
Электросети повышенной частоты до 10 кГц приме-
няются только в мощных установках индукционного па-
гРева для ковки и штамповки в кузнечных цехах, где
индукторы для нагрева заготовок, расположенные у прес-
сов и молотов, питаются от центральной высокочастотной
Подстанции. По степени бесперебойности установки индук-
ционного и диэлектрического нагрева относятся ко 2-й ка-
83
reropiiii. Расположение этих установок постоянное, п<>
иногда связано с большими iоору,гениями ио их экрани-
рованию для уничтожения радиопомех, источниками кою-
рых они ЯВЛЯЮТСЯ.
Электронные плавильные печп используют энергию
электронного луча, получаемого в так называемых элект-
ронных пушках. Последние представляют собой устрой-
ство, в котором пучок электронов, формируясь в электри-
ческом и магнитном полях, ускоряется в электрическом
поле, выводится через отверстие в аноде и направляется
па объект. Кинетическая энергия электронов нагревает
металл и частично возбуждает вторичную эмиссию электро-
нов и рентгеновские излучения, бомбардировка электрон-
ным лучом позволяет достигнуть чрезвычайно высокой
концентрации плотности шергнн — до 5 000 кВт на 1 мм2.
Плавка электронным лучом в вакууме позволяет достиг-
нуть сверх высокой чистоты металла до «восьми девяток»,
требующейся при произволе iво тугоплавких металлов —
ниобия, тантала, молибдена, вольфрама и др.
Мощность электронных пушек 50—5UU кВт, плавиль-
ных печей — до 1 000—1 500 кВт; в необходимых случаях
в одной печп применяются несколько пушек.
Электронный луч может быть использован для проре-
зания отверстий диаметром до 40 мк, для сварки под ваку-
умом и других целей.
Плазмотроны используют электрическую дугу, стаби-
лизированную газовым вихрем и магнитным нолем, в ре-
зультате чего получается плазменный факел с температу-
рой до (10—30) тыс. К. Этот факел применяется в плаз-
менных печах для плавки слитков, в сварочных установ-
ках, для резки металлов толщиной дп 250 мм и других
целей. Мощность плазмотронов в промышленных уста-
новках составляет от 200 кВт до нескольких мегаватт.
В аэродинамических трубах применяются плазмотроны
с кратковременной мощностью в сотни мегаватт для иены
танин на тепловой удар.
3-2. ЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Электросварка черных п цветных металлов — дуговая
п контактная (сопротивлением) — широко применяется
в технологии машиностроения, в поточно-массовых произ-
водствах (автомобили, самолеты и т. п.) п мелкосерийных
(крупные гидротурбины, корпуса крупных электромашин
84
л т. и.)» 11 металлургии при производстве сварных труб,
л строительно-монтажном деле при и.«готов нчиш мегалло
Ь()Н< ipyh’pHil И В ДРУГИХ ОТраСЛЛЧ ПриМЫШ IOI1HOCTII.
^чя *.мевтрое варки применяется постоянный тик, по-
ручаемый от преобразователе!!, и переменный ток нормаль-
ной промышленной частоты, низкой (2—5—10 Гн) и повы-
шенной (100—360 Гц) частоты и радиочастоты до 450—
500 кГц, полученной от специальных преобразователей.
Установки электросварки переменного тока нормальной
частоты своей нагрузкой создают бол шине затруднения
в системе электроснабжения предприятий вследствие сле-
дующих ее особенностей:
1) нагрузка является большей частью однофазной;
мощность отдельных сварочных машин достигает
1 200 кВ-Л и более при обычных напряжениях цеховых
сетей 380 В, а в установках электрошлаковой сварки до
нескольких мегавольт-ампер при напряжении 6—10 кВ;
2) низкий коэффициент мощности: 0,3—0,35 для ду-
говой сварки и 0,2— 0,6 для контактной;
3) режим работы повторно-кратковременный с малыми
не шчниами ПН при больших толчках нагрузки, достигаю-
щих 2—6-кратноп величины номинальной мощности уста-
новки.
Дуговая сварка применяется в цехах металлоконструк-
ции, изготовляющих мосты, фермы, колонны, балки;
в цехах, н.п отопляющих корпуса металлических резервуа-
ров. корпуса крупных гидротурбин, насосов. электрома-
шин; в судостроении, строительно-монтажном деле и др.
Раз шчают дуговую снарку ручную, когда сварщик управ-
ляет положением Электрода, и автоматическую, когда
электродом управляет машина (сварка по методу акаде-
мики Е. О. Патона). Ручная дуговая сварка выполняется
на переменном токе однопостовымп сварочными трансфор-
маторами мощностью 9—32 кВ-А и на постоянном токе
однопостовымп п МНОГО1ЮСТ01ШМИ преобразовате тми тока
мощностью до 8U кВ «А. Автоматическая дуговая сварка
применяется при изготовлении газгольдеров, емкостен, на
трубосварочных станах при сварке продольного пли спи-
рального шва при диаметре труб до 1 800 мм (7U") и тол-
щине стенки 6,4—16 мм, в судостроении и других отраслях
Промышленности, где требуется выполнение протяженных
сварочных швов.
Электрошлаковой сваркой свариваются стальные слитки
Диаметром до 2 м и более, массой до 100 т, благодаря чему
85
отпадает необходимое и» отливки и пиковки заготовок
массой в сотни топи, например д 1я роторов генераторов
мощностью 1 UU0 MBi и выше.
Дли автоматической сварки под финном пли в среде
защитных газов применяют иреобра ioHa re.ui и сварочные
трансформаторы с вторичным сварочным током от 500 \,
при постоянном гоке до 4 000 А, при трехфазных .установ-
ках мощностью соответственно 14—550 кВ «Л при НВ
100 "о. Одно постовые сварочные преобразователи и
трансформаторы выпол няюк я передвижными; установки
автоматической сварки располагаются стационарно.
Контактная с нарка. Машины контактной сварки имеют
обычно однофазным трансформатор, вторичная обмотка
которого состоит из одного витка, замыкаемого электро-
дами через два свариваемых куска металла. Нанряженш*
вторичное сварочной цени 6/t«==2 1-25 В; сварочный ток /2
измеряется десятками килоампер и достигает в самых
крупных машинах 300 кА, а при сварке труб 1,5 млн
ампер.
Контактная сварка широко распространена в поточ
ном массовом мдшнпос i роении: автомобилестроении, трак-
торостроении, сельхолмашппостросшии, самолетостроении
и г. д. Машины для точечной сварки черных и цветных
металлов изготовляются с конусными электродами для
(варки одной точки и для одновременной сварки не-
скольких точек — так называемые многоэлектродные ма-
шины.
Для (.варки деталей толщиной менее 1 мм применяется
импульсная сварка, которая производится импульсом
тока, получаемым при разрядке конденсатора через пер
внчную обмотку сварочного трансформатора мощностью
0,1—0,2 кВ*А. О шиз 1еыродные машины точечной сварки
имеют мощность 5—1 000 кВ*А при ULI — 20 -ь 5,4%.
Специфическим видом точечных машин являются «кле-
щи» (вторичный контур подвесного сварочного трансфор-
матора), позволяющие выполнять точечную сварку слож-
ных но конфигурации изделий. Мощность клещей соста-
вляет от 25 до 350—400 кВ* А при 11В = 20%.
Много.» и’кгродные машины имеют от 10 до 20 транс-
форматоров мощностью но 150—250 кВ*А, которые вклю-
чаются одновременно иа часть электродов и после сварки
не (и? ключа юте я на другие электроды. Общая мощность
многоэлектродиых машин, сваривающих поочередно нс
сколько сот точек, достигав! 2 400—4 500 кВ-А.
Ь6
Машины для рельефной сварки имеют мощность 1Г>0—
(500 кВ »Л при ПН — 20% н 800 кВ*А при ПН = 10%.
Для шовной сварки роликовыми электродами приме-
няются машины мощностью от 3—18 до 50—500 кВ-Л.
При стыьовоп сварке или сварке с оплав «синем ток через
зажимные электроды подается к соединяемым концам,
образующим стык, концы оплавляются и свариваются за
счет осадки, т. е. сжатия стыков, нагретых* до сварочной
температуры.
Для толстых сечений применяются сварочные стыко-
вые машины мощностью до 0(10—1 200 кВ*Л мри ПН
ь 40"о и до 3 х 500 кВ-Л для сварки стыков стальной
ленты. Стыковая машина мощностью 1 200 кВ*А разви-
вает сварочный ток 300 кА и дав leinie при оса цсе 3S0 тс.
Режим работы стыковых машин относ п н я к резко пере
менным*. график работы мощных стыковых машин харак-
теризуется резким ником нагрузки в момент осадки, до-
стигающим двух-, трехкратной величины нагрузки в пе-
риод оплавления. Действительное время самого процесса
сварки колеблется для различных машин от нескольких
герц до пег ко ikkhx минут.
Повторно-кратковременный пли резко поименный ре-
жимы однофазных нагрузок сварочных машин создают
затруднения в системах электроснабжения из-за ко-
лебании напряжения ‘и иесимметрии в трехфпзны.х
сетях.
Волге благоприятными ноту чаются сварочные уста-
новки с применением трехфазных полупроводниковых и ш
ионных преобразователей тока и с. применением игнитро-
нов для преобразования числа фаз и частоты сварочного
тока. В первом случае применяются понижающие трех-
фазные трансформаторы с .мостовой трехфазпой схем.ой
выпрямления, в которой постоянный ток до 100 кА по-
дается на электроды машин. Во втором случае приме-
няются машины с преобразованием числа фаз и частоты
с помощью шести игнитронов, включенных ио схеме
рис. 3-7. Управление сетками шинтронов производится
так, что одна половина игнитронов (1,111, К) пропускает
то.и.ко положите п>ные полуволны, а вторая (//,/1,1/) —
отрицательные. Пропуская определенное количество сна-
чала положительных полуволн, а потом столько же отри-
цательных, получаем па вторичной обмотке сварочного
тРннсформатора переменный однофазный ток частотой
5—15 Гц (рис. 3-8). Такие машины мощностью 400—
87
2 000 кВ-А создают трехфазную симметричную нагрузку
на сеть с колффицпеиюм мощности 0,9.
Напряжение питания контактных сварочных машин
в машиностроении 3S0 В. Они являются потребите гимн
2 и категории. В машиностроении машины контактной
ZI0 ВУ СУ
Рис 3-7. Схема сварочной мапншы < преобразованием числа
фаз п частоты.
/ — рСгулпролочиыП трансформатор, S — игнитроны; 3 — сварочный
трансформатор.
сварки, кроме особо крупных, перемещаются при измене
нии технологии и требуют устройства специальных цехо-
вых сетей.
В металлургической промыт leinioci и кроме стыковой
снарки ста ы.ных лент сварка применяется при произвол
ст нс труб из колос с продольным или спиральным свароч-
ным швом.
Рнс. 3-8. Кривая тика низкочастотной сварочной ма-
НПИ1Ы при HO.I.V4I инн чп< то из, в 5 раз меньшей частоты
сети. Цифры указывают номера игнитронов.
При коп гак гной индукционной сварке токами высокой
частоты (4<>0—ГИК) кГц) ток от лампового генератора мощ-
ностью 25—3HU кЙт ио (водится через контакты к кромкам
шва и проходит по по периметру трубы, где большое
индуктивное сопротивление, а но краям кромки как но
83
бнфяляру (рис. 3-9), при этом кромки непрерывно нагре-
ваются, трубы обжимаются и свариваются.
Применяется также индукционный н.п рев труб для
снарки, при котором сперп> гаи заготовка проходит через
индуктор высокой частоты (1—20 кГц) мощностью до
2(Ю кВт, нагревается и обжимается до сварки. Для электро-
сварки сопрот пилением труб диаметром до 4UU—600 мм
к заготовкам с продольным швом подводятся ди< ки элект-
роды. вращающиеся вместе со
ром мощностью i Ю0 кВ «А и
провзводящие нагрев и сварку
стыка. Повышение частоты при
(варке труб сопротивлением поз-
воляет увеличит!. < корей гь свар-
ки; применяются установки
шовной сварки труб при ча-
стоте до 2 5UU Гц, мощностью
3 000 кВт.
сварочным трашформато-
Рис 3 У Схема снарки труб
ШКиМ ВЫСОКО!! 'ИСТИН,!,
проходящим но кромке иэш.
Стрелками пиг.мано место п.»д
Пн да тика н. ч.. пунктиром
и) 1». токи по кромке стыка.
Панболыпая мощность по
думается при электросварке
труб большого диаметра (до
915 мм) по способу, называемому
«вспышкой». Заготовка трубы
длиной 12 м, согнутая на прес-
сах давлением до 11 <)О0 тс, нагревается вдоль кромок
электродами от 12 трансформаторов мощностью по
1 000 кВ «Л каждый. После оплавления кромки сжима
югся и свариваются с большим выбросом искр расплав-
ленного металла «вспышкой», мощность шпорой 12 МВ-Л,
а ник г варочною тока достигает
1 50U кЛ.
рекордной величины
Режим работы сварочных машин в металлургии резко
переменный. Напряжения питания сварочных установок
в зависимости от мощности и типа сварочной установки
(высокочастотной или промышленной частоты) 389 В и
6—10 кВ. Рас положение Постоянное, категория 2-я.
3 3. ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЕ УСТАНОВКИ
Элекгролиз применяется:
а) в цветной металлургии для получения летких и ра-
финирования тяжелых Металлов;
б) в электрохимии для получения хлора, водорода, тя-
желой воды, кислорода, фтора, калия, натрия и др.;
в) в цехах металлопокрытии в машиностроении для
защитных и декоративных покрытии метал шческих и не
металлических ил ie нш;
г) в черной металлургии для лужения жести, включая
ыек1 политическую очистку.
Напряжение ванн получается в пределах нескольких
вольт, а токи Достигаю! десятков и даже сотен тысяч ан
пер. В целях экономичной канализации больших токов
одинаковые ванны сое цшяются последовательно в серии
в соответствии с напряжением преобразовательной уста-
новки. При у го 1ьных или графитовых электродах во время
электролиза алюминия наб.подается «анодный эффект», за
ключающийся в образовании около угольного или графито
пою анода газонов и н ики, вследствие чею напри.кенпе и
потребляемая мощность возрастают в 5—10 раз. Например,
при ано дном эффекте напряжение алюминиевой ванны
с 4,5—6 В возрастает до 30—43 В, чему при токе 150 кЛ
соответствует возрастание мощности ванны с 675—900 до
i 500—6 750 кВт. Возможность появления анодною эф
фекта на отдельных шишах серии длительностью 5- 10 мин
при нод< чеге мощности преобразовав льной установки учи-
тывается путем создания необходимого запаса мощности.
В процессе электролиза для поддержания постоянной
величины тока или напряжения щ цчея регулирование.
Наиболее* распространено регулирование на постоянство
тока, для *нчо автоматически или вручную регулируется
напряжение в зависимости от изменения сопротивления
серии ванн. Последнее может иметь место при анодном
эффекте, изменении плотное!и электролита, ремонте от-
дельных ванн и т. д.
Установки электролиза цвешой металлургии. Сюда
относятся установки для получения легких металлов
(алюминии, магнии, кадмии и др.) электролизом расплав-
ленных солей и для рафинирования тяжелых металлов
(медь, серебро, золото и Др.). Установки электролиза
легких щелочных метал юв (натрии, каши) относятся
к химической промышленности.
Наиболее мощными установками электролиза являются
серии ванн для получения алюминия и магния при напря-
жении серии 150—850 В и токе до 100—150 кА (рис. 3-10).
X дольный расход электроэнергии ирн производстве магния
составляет 15 000 (кВт-ч).т н алюминия 18 000 (кВт-ч) т.
К наиболее энергоемким производствам относятся электро-
лиз бериллия 50 000 (кВт-ч) г и лития 66 000 (кВт-ч) т.
По
При постоянных токах свыше ИИ) кА развиваются
сверхмощные магнитные ноля, создающие перенос зеркала
мр|птля в ванне, что отрицательно скалывается на тех-
нологическом процессе. Полтому при создании мощных
»th* кт роли зеро в необходимо учитывать не только систему
токоподвода, но и расположение ферромагнитных масс
самой конструкции электролизера.
Электролиз цветных металлов является весьма эперго-
емким ирон пюдстпом. Установленные мощности электро-
1*111-. 3-10. Цех электролиза алюминии с ваннами 1.'И1 кА.
НГН1ЫХ цехов (серий ванн) достигают десятков мегаватт,
а заводов до 1 000 МВт и выше. Режимы работы — про-
должительные и непрерывные, с выводом в ремонт от i_e.ii.-
ных ванн, шунтируемых на этот период специальными
шинами.
Э.тект роли.пиле установки относятся к 1-й категории.
Хотя некоторые установки, например эли кт рол и.та апо
мнния, благодаря большой теплоемкости ванн и дону
скайп кратковременные (несколько минут) перерывы,
однако длительная остановка может повести к застыва
нию электролита и длительному расстройству техно ioni-
ческого процесса, на восстановление которого может
потреооваться до 10 диен.
Установки электрохимии. Сюда относятся установки
’деьтролпта хлора в хлорно-каустический промыш ien
пости, электролиза воды дли получения водорода (кисло-
род получается в качестве побочного продукта) и тяжелой
поды, электролиза натрия, калия и др., а также установки
для получения их сплавов. Наиболее мощными являются
установки для электролиза хлора из раствора поваренной
(din (рассол хлористого натрия).
Напряжение отдельных ванн в электрохимии колеб
лется от 2 до 10 — 12 В, в некоторых случаях до 100—220 1'.
напряжении серии ванн принимаются 150—850 В, ток
ванн до 100—100 кА при электролизе хлора. Хлорные
производства являются мощными и энергоемкими и но
гребля ют свыше 100 МВт. Установленные мощности эле
ктролнза воды достигают 75—150 МВт.
Удельный расход электроэнергии па электролиз хлора
3 000—4 000 кВт-ч; для поды 1,5—(> кВт-ч па 1 м* во до
рода и 0,5 м:| кислорода; для натрия 15 000 (кВт-ч) г.
Самый шергоемкпп продукт —тяжелая вода — требует
В К) 000 кВт-ч электроэнергии для получения всего 1 кт
Г)3О!
Режимы работы аналогичны режимам работы устано-
вок цветной металлургии. Установка электролиза хлора
относится к 1-н категории. Особенно опасны перерывы
в электроснабжении в периоды пуска.
Установки металлопокрытий. Металлопокрытия явля
ются защитными н декоративными электро литическими
покрытиями, применяемыми в машиностроении; сюда от
носятся цинкование, никелирование, кадмирование, свин
цсвание, меднение, хромирование, серебрение, оксидиро-
вание (воронение) и другие накрытия. В качестве подго-
товительных операции применяются также электролитиче-
ское обезжиривание и травление для подготовки поверх-
ности к нанесению металлопокрытий.
Напряжение ванн металлопокрытия колеблется от 3,5
до 9—10 В и максимально до 25 В. Токи ванн также
меняются в пределах 100—5 (ИЮ А и выше; в большинстве
случаев требуется регулирование величины тока в шпро
кнх продолах, а иногда также перемена по л яркости ванн.
Различие в режимах работы отдел ьиых ванн не пигус кап
нос и’довательного их включения, поэтому питание ванн
обычно выполняется от общих магистралей напряжением б
и hi 12 В, в Котором прион? днияюгся пара л ле п.но ванны
соответствующей группы по напряжению (до 6 В п выпи*).
Регулирование напряжения ванн производи тел пндпви
дуальными реостатами и связано с большими потерями.
92 1
ISo.k’P экономичное регулирование для крупных ванн по-
ручается при индивидуальном питании от иреобразова-
TC.ieii, напряжение которых регулируется.
В современных поточно-массовых производствах уста-
новки металлопокрытий выполняются в виде автоматиче-
ских липин, останов которых приводит к длительному
расстройству технологического процесса, вследствие чего
они относятся к 1-й категории. Отдельные ванны откосятся
ко 2-и категории. Суммарные мощности преобразователь-
ных установок цехов металлопокрытии составляют 50—
2 000 кВт и питаются при напряжениях цеховых сетей
380 В.
В металлургической промышленности электролитиче-
ское лужение жести, входящее составным элементом в не-
прерывный процесс производства, выполняется при на-
пряжении 9—24 В и токе до 120—215 кА. Скорость тви-
ження ленты доходит до К) м с. Электролитическое обез-
жиривав не к травление ста ibiioii лепты ири напряжении
18 В и токе 12 кА входят в непрерывную линию производ-
ства холоднокатаного листа.
Режимы работы электролизных установок м» i.i гю
покрытин в машиностроении циклические, связанные с за
грузкой изделий в ванны н их разгрузкой. В металлургии
электролитическое лужение жести 1» электролитическая
обработка стальной ленты работают в продолжительном
режиме и относятся к 1-й категории.
3-4. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЕМ
ВЫШЕ 1 000 В
Установки, использующие электрическое поле посто-
янного тока напряжением выше 1 000 В в промышленности,
имеют назначение создать направленное движение капель
пли твердых частиц, произвести улавливание взвешенных
в газе частиц и разделение смеси частиц.
Направленное движение заряженных взвешенных ка-
пель или частиц к окрашиваемому предмету применяется
в машиностроении для электрокраски; в MeTaiiypinn—
Для покрытия маслом стальной ленты; в производстве
искусственных тканей и мехов и в других областях.
•Электриокряска в ввтомоби п.ной, велосипедной, радио-
технической и других отраслях промышленности дает
экономию краски до 50”о и более качественное покрытие.
93
Напряжение электрического поля 80—150 кВ при мощ-
ности высоковольтных агрегатов, состоящих из транс-
форматора и выпрямителя, 0,5—5 кВ-Л.
Для покрытия поверхностей лакокрасочными материи
ламп в автомобильной промышленности применяется
электрофорез— направленное движение частиц натерла
лов в ванне при напряжении до 300 В и токе до 3 000 Л,
обеспечивающее высококачественное покрытие. В метал-
лургии применяется непрерывный процесс с электростати-
ческим покрытием стальной лепты тонким слоем масла
нрп напряжении около 100 кВ.
В промышленности искусственных тканей и мехов
электростатическое поле служит для нанесения ворсинок
на ткань, покрытую слоем клея. Ворсинки длиной 0,2—
0,5 мм имитируют замшу, длиной 0,5—1 мм — велюр и
длиной 1,2—3 — бархат; будучи заряженными одно-
именно, ворсинки располагаются па ткани строго перпен-
дикулярно. Применяемое напряжение 60—80 кВ.
Улавливание взвешенных в газе частиц при помощи
электрического поля пли установки электрофильтров по-
лучило широкое распространение в различных отраслях
промышленности. В черной металлургии электрофильт-
рами произво щтся очистка доменного газа при напряже-
ниях 80—100 кВ с помощью агрегатов мощностью 10—
50 кВ-Л.
В цветной металлургии электрофильтры применяются
для улавливания частиц цинка, олова, никеля, свипца и
других .металлов. Электрофильтры широко применяются
для очистки дымовых газов электростанций, цементных
и сажевых заводов, на предприятиях химической про-
мышленности и в других отраслях.
Разделение смеси материалов, различающихся по эле-
ктропроводности и размерам частиц, производится при
помощи высоковольтных барабанных коронных сепарато-
ров напряжением 60—100 кВ. Материал поступает на
вращающийся барабан и под влиянием электрического
ноля напряжением около 70 кВ сортируется за счет раз-
личной электризации частиц, снимаемых с барабана в не-
скольких зонах.
Все агрегаты для установок электрического поля высо-
кого напряжения питаются при напряжении 380 В. По
степени бесперебойности относятся ко 2 и или 1-й кате-
гории в завпсимостп от назначения (очистка доменного
газа относится к 1-й категории).
94
Кроме установок С электрическим полем высокого на-
пряжения постоянного тока, в промышленное!и исполь-
зуются также установки переменного тока, например в
11 ефтя пои п ромышлен пости.
Ц.1Я очистки сырой нефти
oi поды и солен применяют-
ся специальные установ-
ки электрообезвоживания
п электрообессоливаиня
(ЭЛОУ), в которых очист-
ка производится при про-
хождении нефти в элек-
трическом поле высокого
на иря ж е н и я и ром ы и i л е li-
no й или реже высокой час-
тоты. Напряженно внутри
дегидрато р а пром ы шлей-
ной частоты составляет
23—54 кВ. при мощности
повысительных трансфор-
маторов от 2х 15 до 6х
50 кВ - Л, установленных
на верхней площадке (рис.
3-11) и питающихся при
напряжении 380 В. Высо-
кое напряжение додается
к металлическим дискам
Рис. 3-11. Установка ЭЛОУ.
внутри корпуса, на которых оседают капли воды из
проходящей нефти.
Режим работы ЭЛОУ продолжительный. Они относятся
к потребителям 2-м категории.
3-5. ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ОСТАНОВКИ
В качестве электрических источников света на промыш-
ленных предприятиях применяются: лампы накаливания,
галогенные лампы накаливания с подно-вольфрамовым
Циклом* люминесцентные лампы, ртутные кварцевые лам-
пы с исправленной цветностью, ксеноновые и натриевые
лампы. Характеристики различных ламп, мощность кото-
рых колеблется от 15 Вт до 50 кВт, приводятся в курсе
«Электрическое освещение» и здесь не излагаются. Мощ-
ность осветительных установок характеризуется удельной
95
плотностью нагрузки, которая в производственных поме-
щениях 10—100 13т/м2 н выше в зависимости от требовании
производстве!.
На промышленных предприятиях применяются следую-
щие системы освещения:
а) общее с равномерным или локализованным вы-
соким расположением светильников; применяется в про-
изводствах, не требующих большой освещенности; при
большой освещенности одно общее освещение не допу-
скается;
б) комбинированное, состоящее из общего
п местного освещения.
Комбинированное освещение наиболее распространено;
применение одного местного освещения не допускается.
Местное освещение подразделяется па с т а ц п о -
парное (например, освещение металлорежущих стан-
ков. постов управления механизмами прокатных станов,
водомерных стекол и т. д.) и переносное, требующееся
для ремонта оборудования и коммуникаций, а также для
производств, связанных с осмотром внутренней частп
изделия.
По видам освещение разделяется на рабочее,
обеспечивающее нормальную работу производства, и а в а-
р и и н о е. Последнее служит для временного продолже-
ния работы или для эвакуации людей из помещения при
внезапном отключении рабочего освещения. Ошибочные
действия персонала в темноте могут привести к взрыву
или пожару, длительному нарушению технологии или
перерыву питания большой группы потребителей (круп-
ные подстанции, электростанции, водонасосные, газогене-
раторные, химические производства, требующие непре-
рывного наблюдения за процессом и т. п.).
Аварийное освещение для эвакуации людей необхо-
димо:
а) в производственных помещениях, в которых при
погасании рабочего освещения и выходе людей при рабо-
тающем оборудовании в темноте возникает опасность трав-
матизма;
б) при числе работающих в помещении более 50 чело-
век, когда возникает опасность травматизма (механизмы
продолжают работать в темноте);
в) в основных проходных помещениях, пожарных
проездах, коридорах и лестницах в зданиях, где работает
более 50 человек;
96
Fr) в помещениях общественного пользования, где воз-
можно пребывание одновременно более 100 человек.
Если освещенность, необходимая для эвакуации лю-
дей, обеспечивается аварийным освещением для продол-
жения работы, то аварийного освещения для эвакуации
людей не требуется.
Аварийное освещение как потребитель 1-й категории
должно присоединяться к независимому источнику пита-
ния — секции щита, питающегося от другого трансфор-
матора, чем питающая рабочее освещение секция, пли
присоединяться к аккумуляторной батарее.
Напряжение ламп общего освещения 220 В, причем
сеть должна иметь напряжение не выше 250 В относи-
тельно земли. Таким образом, в осветительных установках
при напряжении 380 220 В глухое заземление нулевой
точки обязательно.
В помещениях особо опасных в отношении поражения
электрическим током (например, тсплотуннели, кабель-
ные туннели, подвалы электролизных цехов и т. д.) при
высоте установки светильников над полом менее 2,5 м
должны применяться светильники особой конструкции,
исключающей доступ к лампе без специальных приспо-
соблений, или напряжение ламп должно быть не выше
3G В. Такое же напряжение должны иметь лампы местного,
стационарного и переносного освещения. При особо не-
благоприятных условиях работы с точки зрения электро-
травматизма (например, в паровых котлах, баках и т. д.)
напряжение ламп ручных светильников но должно пре-
вышать 12 В.
Осветительная нагрузка общего рабочего освещения
является стабильной, так как при изменениях технологи-
ческого процесса, сопровождающегося перемещением стан-
ков. общее освещение не меняется. При перемещаемом
оборудовании наиболее рационально применять комбини-
рованное освещение с лампами местного света. ПослеДнпе
питаются от индивидуальных, установленных па станках
трансформаторов 380/36 В, присоединенных к силовой
сети. При этом станки получают полную свободу переме-
щения.
Номинальные (установленные) мощности освещения
цехов составляют сотни, а крупных корпусов с блокиро-
ванным расположением цехов — тысячи киловатт.
4 Мукосеев Ю. Л.
97
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
РОД ТОКА II НАПРЯЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
4-1. ТЕХНИКО-ЭКОИОМИЧЕСКПЕ ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА
РОДА ТОКА
Выбор рода тока для систем электроснабжения связан
с выбором оптимального типа электропривода — постоян-
ного или переменного тока. Такие преимущества электро-
привода постоянного тока, как возможность широкого
регулирования частоты вращения и частого реверса
двигателей, повышепного пачального момента и пр.,
обеспечили ему достаточно широкое применение в чер-
ной металлургии, машиностроении, текстильной промы-
шленности еще в начале 30-х годов, когда началось раз-
витие социалистической индустрии пашей страны. В тот
период системы электропривода с индивидуальными пре-
образователями тока тина ДГД были развиты очень слабо,
а системы УРВД и полупроводниковые нреобразователп
вообще не были известны. Электроприводы постоянного
тока требовали централизованного снабжения электро-
энергией и соответствующих; сетей посюянного тока.
Дальнейший прогресс в развитии электроприводов
переменного тока (бы ш улучшены их характеристики) и
постоянного тока (внедрены преобразователи тока) при-
вел к значительному ограничению централизованною снаб-
жения привода постоянным током, которое сохранилось
только в черной металлургии и имеет тенденцию к даль-
нейшему сокращению.
При решении вопроса о выборе рода тока для электро-
снабжения следует исходить из следующих положении.
1. На наших электростанциях электроэнергия в на-
стоящее время вырабатывается исключительно перемен-
ного трехфазного тока частотой 50 Гц. Постоянный ток
промышленные предприятия получают от различных пре-
образователей, мощность которых достигает нескольких
десятков мегаватт, поэтому энергия постоянного тока
всегда дороже энергии переменного тока на величину стои-
мости потерь на преобразование и стоимости эксплуатации
пре образов ател ьн ых уст а но в о к.
2. Решающими факторами при выборе рода тока яв-
ляются требования технологии производства; есть произ-
98
водственные процессы, которые могут оыть осуществлены
только с применением постоянного тока, например элект-
ролиз.
Такие требования к электроприводу, как широкое ре-
гулирование скорости, частые пуски, реверсы, ускорения,
замедления, торможения, большие толчки нагрузки, точ-
ные остановки на ползучей скорости и т. п., могут быть
осуществлены только при применении электродвигателей
постоянного тока. В современной технике все эти задачи
решаются применением индивидуальных преобразовате-
лей п бесконтактной автоматики, когда все управление
переходными режимами переносится в цепи возбуждения.
Поэтому электроприводы по таким системам, как правило,
являются потребителями переменного тока.
3. Большинство механизмов промышленных предприя-
тий не требуют регулирования числа оборотов и дтя них,
как правило, применяются асинхронные двигатели с ко-,
роткозамкнутым ротором, а в отдельных случаях — синх-
ронные двигатели. При ступепчатом регулировании также
применяются асинхронные двигатели с короткозамкну-
тым ротором с переключением полюсов.
Плавное регулирование этих двигателей выполняется
изменением частоты питающей сети пли с помощью элект-
ромагнитной (или гидравлической) муфты. Регулирование
асинхронных двигателей с фазовым ротором в последнее
время, как правило, выполняется изменением скольже-
ния ротора с возвращением энергии скольжеппя в сеть.
В результате развития систем электропривода с инди-
видуал ьпыми преобразователями, а также усовершенство-
вания приводов переменного тока в настоящее время вопрос
выбора рода тока утратил свою остроту. Основной род
тока па промышленных предприятиях — переменный.
4-2. НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ПОСТОЯННОГО
ТОКА
Выбор напряжения для системы постоянного тока
является более простои задачей, чем для системы пере-
менного, вследствие ограничеппости ее применения. Вы-
бор напряжения для электролиза определяется требова-
ниями технологического процесса п условиями канализа-
ции больших величин тока.
Для сетей, питающих электроприводы, задача выбора
сводится к рассмотрению двух напряжений 220 и 440 В,
4* 99
имеющихся в ГОСТ 721-62. Оба напряжения применяются
для систем с изолированными полюсами. Система трех про
водной сети 2 х 220 В с глухозаземленпым средним про
иодом применялась рапсе (ля питания освещения постони
ным током на старых заводах. На одном металлургическом
заводе работает установка напряжением 2 х 220 В по
стоянного тока с заземленным средним проводом, опыт
эксплуатации которой дал положительные результаты.
Наибольшие дискуссии о величине напряжения по-
стоянного тока были в метал iyprической промышленности,
где система постоянною тока наиболее распространена.
На металлургических предприятиях оставалось напря-
жение 220 В, что мотивировалось более высокой надеж-
ностью в эксплуатации электродвигателей и аппаратуры.
Недостатки напряжения 220 В по ( равнению с напря-
женном 4 И) В следующие:
1. Перерасход проводникового Материала в цеховых
сетях, достигающий 65%, и повышение капитальных зат-
рат на сооружение цеховых электросетей до 40°»».
2. Колебания напряжения болен* ощутимы при напря-
жении 220 В, чем при 440 В.
3. \ппаратура управ тения при 220 В щроже в сред-
нем на 20%; при крупных мощностях имеются затрудне
Ния в выполнении аппаратуры на большие токи.
В то же время для крупных приводов (блюминг, до-
менный подъем) практика металлургической промышлеп
пости показала надежную работу машин и аппаратуры
в системах ДГД и УРВД при напряжениях до 750 В и
выше. Установлено также, что система 2 х 220 В с вклю
чением мелких приводов па напряжение 220 В. сдвоен-
ных приводов на 2 х 220 В и крупных приводов па напри
жение 440 В является более экономичной, чем двухпро-
водная сп< тема 220 В, нс уступая последней в на тежности.
При выборе напряжения для конкретного случая сле-
дует принимать во внимание вышеприведенные сообра-
жения, а также общую мощность приводов постоянного
тока и их расположение на предприятии.
4-3. НАПРЯЖЕНИЯ О. П КТРОДВПГ ГП’ЛЕП ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Основными ) лектроприемнпкамп нл промышленных
предприятиях являются электродвигатели переменного
тока, и правильный выбор для них напряжения имеет
100
важное значение. Напряжение влияет нг только на стоп
мость, потери анергии и па дежность работы двигателя, но
и на систему электроснабжения предприятия.
До начала широкой электрификации страны по плану
Г03ЛР0 основными источниками электроэнергии были
небольшие станции с генераторными напряжениями
3 156,525 и 230 133 В. »лектродвигатели имели напряже-
ние 3 000,500 и 220 127 В.
Напряжение 500 В широко примени н»сь на текстиль-
ных фабриках, в химической, горной, металлургической
н других отраслях промышленпостп, где источниками
элемроэнергии были генераторы па напряжение 525 В.
С появлением в 30-х годах системы паиряжеппй 38U 220 В
ее начали широко применять на новых промыт ленных
предприятиях. Недостаток напряжения 500 В заключался
в необходимости дополнительно устанавливать трансфор
маторы для освещения, в то время как при системе 38U 220В
электродвигатели и освещение можно питать от общих
трансформаторов. Применять напряжение 220 127 В (ля
новых предприятий были запрещено в 1933 г., и для боль-
шинства предприятий, строившихся в первой пятилетке,
для двигателей было принято напряжение 380 В. Сами
двигатели выполнялись на напряжение 380 220 В, что
облегчало переход от 220/127 па. 380 В. Напряжение 380 В
получило широкие распространение в цеховых сетях i in
двигателей малой п средней мощности.
С ростом мощностей электростанции напряжение гене-
раторов повысилось до 6,3, а затем до 10,5 кВ. Для дни
гателеЙ мощностью 200 кВт и выше стали применять
напряжение G кВ и при мощностях 2 0(H) кВт и выше 10 кВ.
Напряженно двигателей 3 кВ применялось при напряже-
нии питания 10 кВ с трансформацией 1U 3,15 кВ. Стон
мо< и, двигателей напряжением 3 кВ была ниже стоимости
двигателей 6 кВ па 10—20%, а к. и. д. выше на 1—2”6,
чем у последних. Такое соотношение стоимости1 и потерь
является вообще характерным Д1Я двигателей одинако-
вой мощности, которые могут изготовляться на разные
напряжения.
В дальнейшем вместо двигателей 3 кВ начали выпу-
скаться двигатели напряжением 6 3 кВ. Они имеют дне
обмотки статора, включаемые нос л е д о в а т е л ь и о
при напри кеипи 6 кВ и и а р а л л е л ь н о при напри
женин 3 кВ, гак что их стоимость и к. н. д. не зависят от
напряжения сети. Нго обстоятельство привели к тому,
101
что широко применявшаяся в первых пятилетках система
напряжений 10/3 кВ (Магнитогорский металлургический
комбинат, Балхашский медеплавильный комбинат и др.)
потеряла все преимущества и напряжение 3 кВ практи-
чески вышло из употребления. Аналогичное положение
было в установках собственных нужд электростанций, где
ранее применялось напряжение 3 кВ, а в настоящее
время 6 кВ.
За последние 25—30 лет во всех отраслях промышлен-
ности увеличились число и производительность промыш-
ленных предприятий, значительно выросли число и сред-
няя мощность электродвигателей, а также размеры про-
изводственных корпусов. В ряде случаев номинальная
мощность электродвигателей в одном корпусе достигает
50 ЫВг и выше.
На предприятиях, на которых приближение трансфор-
маторов к установкам невозможно по условиям окружаю-
щей среды пли технологического процесса, возникла не-
обходимость перехода на повышенное напряжение 660 В.
Наиболее остро стал вопрос о повышении напряжения
при электроснабжении механизмов забоя в угольных шах-
тах, где при напряжении 380 В оказалось невозможным
обеспечить работу новых угольных комбайнов с двигате-
лями 120 кВт и выше. Уже в 1954 г. в угольных шахтах
начали применять напряжение 660 В, которое в настоя-
щее время предусматривается* для всех новых шахт.
Однако и 660 В оказывается недостаточным при продол-
жающемся росте мощностей механизмов, и угольная про-
мышленность готовится к переходу на следующую ступень
напряжения 1 140 = | 3-660 В.
В 1962 г. напряжение 660 В было введено в ГОСТ
вместо напряжения 500 В, которое в настоящее время
сохраняется только на действующих предприятиях.
Напряжение 660 В имеет ряд достоинств по сравнению
с напряжением 380 В и по сравнению с напряжением 6 кВ.
1. Уменьшение тока статора в ] 3 раз при напряжении
660 В по сравнению с 380 В, что позволяет повысить пре-
дельную мощность двигателей, благодаря чему они полу-
чают преимущества по стоимости (на 40—60% дешевле)
п по к. п. д. (на 1,5—2% выше) уже перед двигателями
папряженпем 6 кВ топ же мощности. Особенно выгодно
применять напряжение 660 В для тихоходных синхрон-
ных двигателей, удельная стоимость которых (руб/кВт)
102
очень высока, а также вообще для всех синхронных дви-
гателей, опережающая реактивная мощность которых мо-
жет быть наиболее эффективно попользована для компен-
сации реактивных нагрузок в сети до 1 000 В.
2. Повышение пропускной способности сети в |/3 раз
п уменьшение потерь энергии в пои в 3 раза при том же
расходе цветного металла, что и при напряжении 380 В,
или в 2—2,5 раза, если сечение проводников, вы-
бранное для напряжения 380 В, снизить па одну-две
ступени (стоимость сети мри этом снижается только на
5—10%).
3. Снижение токов к. з. и облегчение условий терми-
ческой и динамической устойчивости элементов систем
электроснабжения по сравнению с условиями при на-
пряжении 380 В. Эю позволяет применять более мощные
трансформаторы для цеховых подстанций.
4. Увеличение радиуса действия цеховых трансформа-
торных подстанций (ТП) примерно в ] 3 раз, что (прп не-
котором увеличении длины питающих ТП линий) позво-
ляет на одну-две ступени повысить единичную мощность
и почти в 2 раза уменьшить число цеховых трансформато-
ров. При этом удельные значения стоимости, потерь мощ-
ности и приведенных затрат па 1 кВ-А комплектных под-
станций с трансформаторами с масляным охлаждением
значительно снижаются, как видно- из табл. 4-1 [Л. 4-2].
Таблица 4-1
Показатель Мощность трансформаторов, кВ-А
1000 1 600 2 500
Стоимость (без линейных панелей п строительной части), % Потери мощности холостого хода и 100 84 56
короткою замыкания, % Приведенные затраты (прп стоимости 100 88 78
потерь эноргпп 50 1>уб. (кВт - год)), % 100 85 - 61
5. Сокращение числа линий и выключателей, питаю-
щих ТП при напряжении выше 1 кВ, возможность отказа
от напряжения 6 кВ и значительное упрощение схемы
эле ктроснабжен ия.
103
В соответствии с |ей( твум.нцпмц ГОСТ электродвига-
тели переменнкго тока должны изготовляться па следую
щие пределы мощное ген в зависимости <н напряжения:
127/220 В ........................ 1,2—5.И1 Вт
220 380 В.........................U,01-110 кВ г
ЗВДШО В............................ 0,6—500 кВт
3 000 В...........................160 1 250 кВ г
6 000 В........................... 200- 12 500 кВт
10 000 В ......................... 630—20 (ХЮ кВ г
На указанные пределы мощностей влияют также ча-
стота вращения и тип двигателей (асинхронный пли енпх-
.хропиып).
В да п.ш шлем напряжение 3 СИЮ В не рассматривает!
ио указанным причинам. Что касается двигателем напри
женнем 380 GGO В, то они могут быть изготовлены па мощ
иметь выше 3U0 кВт, в особенно! in синхронные двига-
тели. Полому для диапазона мощностей 0,6—20 (ХЮ kBi
можно было бы 01 рппнчиться двумя напряжениями 660
и 1(1 000 В и отказаться от выбора для двигателей напря-
жения 6 UOU В.
В целях уменьшения тока статора при больших мощ-
ностях применяется соединение обмоток статора треуголь-
ником с выводом трех концов обмотки, В лом случае
переключение обмоток на звезду с увеличением напряже-
ния питания в | 3 раз невыполнимо по конструктивным
условиям п пи уровню изоляции, не рассчитанной па по
вышенное напряжение. Дли таких двнгахелей заводы при
водят в каталогах одно напряжение, например 380 или
(ИИ) В.
При сравнении напряжений для одной и той же
мощности двигателей следует учитывать повышение на
дежиости в эксп |уагацнп при более низком иапря-
женпн.
Примером этого служит опыт эксплуатации мпкродвп
гателей мощностью 0,1—0,2 кВт напряжением 380 В на
мета । iо режущих станках. Микродвигатели нрнменяюкя
Д1Я приводов и.носов подачи смазки и охлаждающей
жидкости; вследствие трудности выполнения изоляции
мнкродшиа телеи аварийность их высока (до 2 раз в год).
Во lee падежной оказалась работа двигателей при напри
женин '»<> В, па которое нерематыра ш обмотку двигателя
при ремонте и включали через трансформаторы 380/36 В
с 1 lyxiixi присоединением к нему двигателя 36 В и управ-
лением в цепи 380 В трансформатора.
104
В текстильной промышленности микродвигл гели и цени
автоматики и управления агрегатом, работающих от си-
ловой сети напряжением 380 В, питаются через понижаю-
щие трансформаторы при напряжении 127 В. В протяжен-
ных* цепях управления при напряжении 380 В имеет
место емкостный эффект, вызывающий залипание контак-
тов н нарушение работы < истомы. По ному для ценен авто-
матики и управления применяется пониженное напряже-
ние, на кото|юе следует вк почать и микродвигатели по
условиям на де ясн ос т н.
Для двигателей электроинструмента при работе в кор-
пусах судов, в барабанах котлов, в баках и т. и. ввиду
о обои опасное! и элекл ротравматпзма следует принимать
напряжение 36 В. В помещениях без повышенной опас-
но» тн для электроинструмента допускается напряжение
220 127 В; напряжение «'180 220 В должно быть запрещено
независимо от характера помещения.
Несмотря на указанные преимущества, распространи
пне напряжения 660 В сдерживается в СССР кфпцитом и
повышенной стоимостью аппаратуры управления и за-
щиты па это напряжение, в то в^ьемя как выпускаемые
марки проводов и кабелей допускают применение их при
напряжении 660 В. Не встречает затруднений нзготоплс
вне двигателей и трансформаторов цеховых подстанции
па это напряжение. Общая тенденция повышения наиря
/Кения в цеховых сетях имеет место и за рубежом. В США
применяется напряжение 480 277 В, вытеснившее напри
жение 208/120 В, н на ряде предприятии имеются сети
напряжением 600 В. В Канаде применяется напряжение
лЗО—600 В. В Швеции, ФРГ и И та ши (заводы Фиата)
принято напряжение «">00 В. В подземных выработках
Ат ши, ФРГ, Полыни и (рхгнх стран применяются на
пряжения 1 000—1 110 В.
Наиболее активно вне (ряетс.п напряжение. 660 В в ГДР,
где используется аппаратура напряжением 300 В, защп
щепная токоограпичпвающимн предохранителями 660 В.
В 1970 г. па одном из предприятий нефтехимической про
Мышленностп I ДР уже введена в строй первая техно ю-
гическая установка напряжением 660 В. Кроме того,
сгандарт ГДР законодательно предписывает «на всех вновь
сооружаемых и расширяемых предприятиях применять
напряжение 660 В, отказ от которого может быть разрешен
директивными органами на основании специального обос-
нования’).
105
Учитывая указанные выше coin ношения параметрон
двигателей одинаковой мощности для разных напряла
нпй, при определения оптимального напряжения следует
исходить из следующих положений. Имеющий место де-
фицит аппаратуры (ИИ) В носит временный характер. По-
вышенная стоимость выпускаемо!! аппаратуры 660 В свя
лапа с повышением качества и надежности по сравнению
с аппарату рой 380 В. Поскольку электропромышленность
должна переходит!, па более совершенные конструкции
аппаратов всех напряжений, то, учитывая уменьшение
тока аппарата при 660 В в | 3 раз, следует считать,
что при технико-экономических сравнениях напряжении
660 и 380 В стоимость аппаратуры должна прини-
маться примерно одинаковой или с незначительным удо-
рожанием при 660 В. Согласно ПУ') при сравнении
вариантов напряжении предпочтение должно отдавать-
ся бол со высокому, если даже затраты при нем будут
выше на 10—15%, так как они является более перспек-
тивным.
Учитывая, что напряжение 10 кВ является предпочти-
тельным По сравнению с напряжением 6 кВ при распре-
делении электроэнергии внутри предприятия, следует
в первую очередь применят!» дли двигателей мощностью
до 500 —630 кВт напряжение 660 В и для мощностей
630—80U kBi и выше 10 кВ, допуская завышение номи-
пальпои мощности двигателей, особенно синхронных (см.
§ 9 10).
При небольшом числе двигателей мощностью 300—
630 кВт и напряжении сети 10 кВ рекомендуется схема
блок трансформатор — двигатель с глухим подключением
двигателя напряжением 660 В через трансформатор
10 0,69 кВ и управление двига гелем выключателем па
стороне 10 кВ.
Если основная масса двигателей имеет мощность ниже,
1<Ю кВ г, следует рассматривать вариант совместного пита-
ния силовых и осветительных электроириемпиков от об-
щих трансформаторов при напряжении 380 220 В. Напря-
жешь 6 кВ для двигателей должно постепенно уступать
место напряжению 10 кВ как более порспектпвпому, после
тоги как будет внедрено напряжение 660 В. Двигатели
напряжением 220,380 В должны быть вообще изъяты из
употребления, так как напряжение 220 В для цеховых
сетей не применяется. Наоборот, двшателп напряжением
380/660 В в сетях 380 В работают при соединении обмогок
JW
статор.» треугольником, так что при малых нагрузках
могут подключаться на звез (у в целях повышения коэф-
фициента мощности (см. § 11-2).
t *
4-4. ИМП’ЯЖЕННН ЭЛЕКТРОТ1.ХНОЛОГПЧЕСКПХ
И КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК
Электротермические установки. Для электропечей со-
противления к о с в е и и о г о iiai рева с металлическими
нагревателями более эффективно применение больших
сечений, так как нагреватели небольшого сечения быстрее
окисляются, особенно при температурах 2 000 С и выше,
н выходят из строя. Подсчеты показывают, что при пони-
жении напряжения на нагревателях до 18—190 В эконо-
мия но расходу нагревателей перекрывает затраты па
установку трансформатора и потери в нем. Для понижаю-
щих трансформаторов применимо первичное напряжение
380 или 660 В.
При более мощных исчах сечения нагревателей полу-
чаются достаточно большими уже при напряжении 220 В;
в этом случае предпочтительно питание напряжением
380 220 В. При мощностях электропечей или их |И'гулируе-
мых зон 100 кВт и выше напряжс пне на нагревателях
380 В, в этом случае напряжение питания может быть 380
п 660 В с соединением нагревателей соответственно тре-
угольником или звездой.
Для трехзоииой печи нагрева заготовок До 1 200 С
мощностью 1 100 кВ г напряжение на нагревателях 500 В.
Поскольку мощности современных электропечей косвен-
ною нагрева достигают носко 1ьких мегаватт, то возможно
выполнение нагревателей па напряжение 660 В.
Электропечи сопротивления н р я м о г о нагрева вы-
полняются с напряжением па изделии 100 В и ниже, что
требует всегда понижающего однофа пюго трансформа-
тора. Питающее напряжение трансформатора в зависи-
мости от мощности, достигающей нескольких мегавольт-
ампер, может быть 380, 660, 6 000 и 10 000 В.
Применение напряжения 660 В для электропечей со-
противления в СССР временно сдерживается пи указанным
выше причинам.
Дуговые сталеплавильные печи выполняются с транс-
форматорами па первичное напряжение 6 или 10 кВ при
мощностях до 10 МВ-А и на 35 кВ при мощностях 15—
45 МВ - А; для более высоких мощностей будет применяться
107
напри .конце 110 кВ ц выше, как это имеет место ш рубо-
ЖОМ.
Рудиотермнчсские печп выполняются с трехфазпымп
трансформаторами па напряжение 6, 10, 35 и 110 кВ и
о щофазными па 6, 10, 35 и 154/| 3 = 89 кВ в зависимости
от мощности.
Дуговые однофазные печи косвенного действия для
плавки цветных металлов имею г трансформаторы с пер-
вичным напряжением 6 и ш 10 кВ. Такне же напряжения
имеют трансформаторы ни аукционных печей нормальной
частоты и установки мектрошлаковоГи переплава.
Сварочные установки в настоящее время питаются
напряженном 380 В и в перспективе могут выполняться
для питании напряжением 660 В, поскольку все они имеют
понижающие трансформаторы. Основной проблемой для
машин контактной сварки при переходе ла напряжение
6GU В будет управляющая аппаратура. До последнего
времени управление этими машинами выполнялось игни-
тронными контакторами, к недостаткам которых отно-
сится большая потеря напряжения в самом контакторе
(околи 15 В). В настоящее время в СССР и за рубежом
внедряются тиристорные контакторы, потерн напряже-
ния в которых незначительны. Гпрпсторные контакторы
могут быть выполнены на напряжение 660 В и являются
весьма перспективными для сварочных установок.
Прп выборе напряжения питания сварочных установок
необходимо учитывать резки переменный характер их
нагрузки, обусловливающий необходимость раздельного
питания силовой и осветительной нагрузки.
Конденсаторы для компенсации реактивной мощности
выпускаются в трехфазном иснолненин на напряжения 220,
380. 500 и 660 В при соединении треугольником. Поскольку
мощность конденсатора пропорциональна квадрату напря-
жения и емкости, то при напряжении 660 В для заданной
мощности конденсатора требуется емкость в 3 раза меньше,
чем прп напряжении 380 В. Это удешевляет их конструк-
цию, и удельная стоимость конденсаторов (руб/квар)
снижается.
Однофазные конденсаторы выпускаются на напряже-
ния 1 050, 3 150 | 3, 3 150, 6 300 | 3, 6 300-10 500 | 3
и 10 500 В. Опп соединяю гея в треугольники или звезду прп
напряжении сети 6 и 10 кВ, а также в параллельные и по-
следовательные группы для включения в сети 35 и 110 кВ.
108
4-5. НАПРЯЖЕНИЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК И СХЕМЫ
ПИТАНИЯ СИЛОВЫХ И ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ
J.1I КТРОНРПЕМНПКОВ
Для питания общего освещения могут быть применены
напряжения 220 127 и 380 220 В. Согласно ПУЛ в поме-
щениях с повышенной опасностью п особо опасных мест-
ное н ремонтное о<-вещание питаются па напряжении 36 В.
Для переносных ламп ремонтного ос вс щеп ня при работе
в паровых котлах, металлических |м»зервуарах, корпусах
металлоконструкций и тому подобных объектах долили»
применяться напряжение 12 В.
Выбор напряжения для осветительных установок сил
зап с выбором системы питания силовых и осветительных
потребителей от общих или раздельных трансформаторов.
(. учетом запрещения применения напряжения 220 12 7 В
для вновь сооружаемых предприятий возможны следую-
щие варианты напряжении: при раздельном питании см
левых и осветительных потребителей от разных транс-
форматоров
1) силовые 380 В, осветительные 380 220 В;
2) силовые 660 В, осветительные 38и 220 В;
при совместном питании силовых и осветительных
потребителей от общих трансформаторов;
3) силовые и осветительные ЗЬО 220 В;
4) силовые <560 В и осветительные от не тных тран-
сформаторов 660 380 220 В.
Практика работы нромпреднрпятпй и совершенство-
вание систем их электроснабжения путем приближения
транс форматоров возможно ближе к цеховым потребите-
лям привели к тому, что почти все установки, яапроекти-
рованные по варианту 1. переш ш па работу по варианту 3.
Большинство и ре Ц1рпятпй в тайное время работают
Но схеме совместного питания силовых и осветительных
потребителей от общих трансформаторов при напряжении
380 220 В. О такс» в некоторых случаях может возникнуть
техническая необходимость в раздельном ннтаппи.
При совмещении питания от общих транс форматоров
(по варианту 380 220 В) имеют» я отрицательные факторы,
нрпведенные ниже. Поскольку ПУ.') для питания освети-
тельных установок предусматривают применение1 напря-
жения не выше 250 В относительно земли, возникает не-
обходимость глухоте» заземления нейтрали 380/220 В.
В этом случае всякое однофазное замыкание на землю прн-
10'3
водит к отключению одной фазы (перегорает предохрани-
тель) пли всех трех фаз (при защите автоматами). Таким
образом, некоторая повышенная чувствительность уста-
новки к однофазным замыкапмям снижает бесперебойность
электроснабжения и нежелательна для потребителей 1-й
категории.
Большая часть потребителем предприятий относится
ко 2-й категории, для которых система с заземленной нейт-
ралью пе является помехой. Из 31 обследованного в 1944 г.
Рпс. 4-1. Потери напряже-
ния в трансформаторах
6—10 кВ мощностью 630—
1 000—1 600 кВ «А прп пол-
ной нагрузке в зависимости
от коэффициента мощности.
предприятия только одно вы-
сказалось за систему с изоли-
рованной нейтралью.
Вопрос понижения чувстви-
тельности к однофазным замы-
каниям отпадает для вариантов
1, 2 п 4, когда силовая сеть
имеет изолированную нулевую
точку. С другой стороны, толч-
ки силовой нагрузки создают
нежелательные колебания на-
пряжения у ламп, приводящие
к миганию света и достигаю-
щие недопустимых по условиям
охраны труда величин (напри-
мер, при работе крупных сва-
рочных машин).
Согласно П.УЭ и ГОС1 13109-67 частота колебаний
напряжения в пределах до 1,5 и у ламп рабочего освеще-
ния при наличии резко переменных нагрузок пе ограничи-
вается. Допустимая частота колебаний напряжения в дру-
гих случаях определяется согласно ГОСТ 13109—67 вы-
ражением
(4-1)
где п — число ко шбанип в час; Izz — величина колеба-
ний, %.
Например, колебания напряжения 4°о допускаются
не более 2 раз в час.
Поскольку силовые и осветительные сети даже при об-
щем трансформаторе выполняются раздельно, то эта цифра
относится к колебаниям напряжения на зажимах трансфор-
матора, создаваемым пусковыми токами двигателей с ко-
роткозамкнутыми роторами или работой сварочных машин.
110
На рис. 4-1 приведена кривая потери напряжения
в трансформаторах 6—10 кВ мощностью 630—1 000—
1600 кВ-А при полной нагрузке в зависимости от коэф-
фициента мощности па стороне вторичного напряжения
[Л. 1-21]. Пользуясь этой кривой, можно определить до-
пустимую частоту пусков асинхронного двигателя большой
мощности в зависимости от кратности его пускового тока,
мощности п загрузки питающего трансформатора и коэф-
фициента мощности нагрузки.
Пример 4-1. Определить допустимость прямого пуска трехфазиого
двигателя с короткозамкнутым ротором 380 В, jOO кВт от трансфор-
матора мощностью 1 000 кВ «А, загружетлПЯто на* 70% при cos ср —
W 0,9. ----------
Номинальный ток двигателя 184 А, мощность нрп пуске 790 кВ • А,
коэффициент мощности при пуске 0,35.
Решение
1. По кривой рис. 4-1 потеря напряжения в трансформаторе
при полной нагрузке 3,35%, а нрп 70% нагрузке потеря напряже-
ния 3,35 -0,7 2,42%.
2. При коэффициенте мощности пусковой пагрузкп, равном
0,35, составляющие пусковой пагрузкп: активная 790*0,35 =
= 278 кВт и реактивная 790 •0,94 = 744 квар
3. Составляющие нагрузки трансформатора: активная 700*Х
X 0,9 = 630 кВт п реактивная 700*0,44 = 31^ квар
4. Суммарные нагрузки: активная 630 -р 278 — 908 кВт и ре-
активная 312 + 744 — 1 056 квар, так что tg <р> = 1 056/908 —
= 1,16 и cos <р = 0.65.
5. Суммарная полная мощность трансформатора при пуске
двигателя 908/0,65 = 1 400 кВ *А и коэффициент загрузки тран-
сформатора 1 400/1 000 — 1,4.
6. По кривой рис. 4-1 для cos <р = 0,65 потеря напряжения
в трансформаторе при нагрузке 100% получается 4,8%, а при пере-
грузке 4,8 4,4 == 6,7%, так что колебание напряжения при пуске
составляет 6,7—2,42 = 4,28%. Допустимое число пусков в час
двигателя 100 кВт при совместном питании силовых и осветительных
потребителей от трансформатора 1 000 кВ -А составит:
6 6 о
п ~ -тг-г- = ттъ—т =1 ,83 раза в час.
If —1 4,28—1
Таким образом, для двигателя .мощностью, равной при-
мерно 10% мощности трансформатора, допустимое число
пусков в час при совместном питании силовых и освети-
тельных потребителей пе должно превышать двух.
Вторым видом пиковых нагрузок, встречающихся
наиболее часто, является работа машин контактной сварки.
Пример 4-2. Однофазная сварочная машина мощностью 150 кВ - А
работает с номинальной нагрузкой п с cos ср = 0,6. Мощность пи-
тающего трансформатора п его нагрузка, как в примере 4-1.
Определить колебание напряжения при работе сварочной ма-
шины
111
V c in с н и о
1. Экв1||1нл<шт11пи трехфАЛПнн ни груш.ч сварочной машины
150«| 3 » 2»>0 кВ• Л, активная составляющая 260 * 0,6 = 1Г»Л кВт
п реактивная 260*0,8 208 кнар.
2. Суммарные нагрузки: активные 6.30 I 156 = 786 кВт и
реактивные 312 + 208 520 кнар, 1ц q = 520/786 0,66 u Сое* q-
0.83.
3 Суммарная полная юнруша 786/6,83 950 кВ «Л,
4. Но кривой рис. 4.-1 при сое ф, равном 0,83, потеря нанряже
нпя в трансформаторе составляет 3,95% и с учетом загрузки 0.95
3,95*0,95 « 3.76%.
5. Колебание напрлясопия при работе сварочной машины со-
ставит 3,76—2,42 = 1,31%.
Можно г делать пыво i, что при мощности одной свароч-
ной машины. примерно pannoit 15% мощности питающего
трансформатора, совместное питание ее с осветительной
нагрузкой допустимо. При нескольких сварочных маши-
нах возможны наложения их пиков в питание освещения
от общего трансформатора не допустимо.
Указанные мощности асинхронных двигателей с. порог
коламинугым ротором и сварочной машины, допускающие
совместное питание с освещением, являются приближен-
ными, и в конкретных случаях необходимо производиiь
соответствующие расчеты.
Для сохранения питания освещения от системы напря-
жения 380 220 В рекомендуется при двух или более тран-
сформаторах на подстанции присоединять рабочее осве
щенио н электросварочные установки или мощные двига-
тели С короткозамкнутыми роторами на разные трансфер
мпторы. Система аварийного освещения может иметь но
нышенные колебания напряжения и питаться от транс-
форматора, к которому присоединены сварка ц ли мощные
двигатели.
Широко распространенная система совместного пита-
ния силовых и осветительных нагрузок при напряжении
.3.80 220 В длительное время вызывала возражения со
стороны светотехников, ссылавшихся на ненормальные
режимы уровнен напряжения в цеховых сетях прим пред-*
прпятий. Но данным многочисленных обследований ot-
ic 1ОПСНИЯ напряжения от номинального значительно пре
в кипа ют нормативы, в результате чего и нагруженные1
смены происходит резкое снижение светового потока,
а в к чени« ночных и ма юзагруженных смен лампы горят
с перекалом и быстро выходят из строя. Имелись также
ссылки па зарубежный опыт, где часто применяется раз-
112
дельное питание силовых и осветительных потребителей
(США. Англия).
Технико-экономический анализ показал, что ио {оста-
ток существующего полол.опия состоит не в совместном
питании, а в недопустимых величинах отклонений напря-
жеипя. Если же эти отклонения будут ограничены, то
система совместного питания силовых и осветительных
приемников станет наиболее акономичной. При напря-
жении 660 В могут оказаться целесообразными питание
газоразрядных источников света от сети напряжением
660/380 В и применение трехобмоточных трансформаторов
напряжением 6 -10'0, 6‘J О, i 0,23 кВ или отдельных тран-
сформаторов 6 -10 0,4 0,23 кВ для питания осветитель-
ных и мелких силовых нагрузок.
Выбор величины нанрИ/Ксния 660 пли 380/220 В но за-
висит от схемы питания силовых и осветительных потре-
бителей. В большинстве случаев совмещение питания воз-
можно, чю и содействует широкому применению напря-
жения 38(1 220 В. При появлении отдельных потребители!,
создающих большие толчки нагрузки, например мощных
сварочных машин, целесообразно выделит!, для питания
отдельный трансформатор, не питающий наг рузку ра-
бочего освещения, по с расчетом одновременного питания
при напряжении 380 В обычной силовой нагрузки.
При большом количестве сварочных машин их питание
целесообразно производить от отдельного трансформатора,
а иногда и от двух трансформаторов, работающих парал-
лельно, в зависпмосш от ожидаемых инков нагрузки и их
часто! ы.
ГЛАВА ПИТАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ И ГРАФИКИ
ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
5-1. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ ДЛЯ ВЬИЮРА МО1ЦПОСТ1 11
ТРАНСФОРМАТОРОВ; НРЕОВРАЗОВАТЕ.1ЕП И СЕЧЕНИИ
ПРОВОДНИКОВ
Выбор основных элементов систем электроснабжения
предприятия — трансформаторов, преобразователей, про-
водов, кабелей и токонрово ion — производится по ряду
показателеп.
ИЗ
Выбор трансформаторов и преобразователей произво-
дится по допустимому нагреву в заданном режиме нагрузки
и по соответствующему номинальному напряжению. При
этом проверяются уровни напряжения прп различных ре-
жимах нагрузки и соответственно принимаются постоян-
ные ступени напряжения па ответв пениях трансформа-
торов пли ступени регулирования напряжения на тран-
сформаторах, имеющих регулирование под нагрузкой.
При наличии графика нагрузки мощность и число единиц
трансформаторов и преобразователен подбираются таким
образом, чтобы прп указанном графике работа их была бы
наиболее экономична и соответствовала минимуму при-
веденных затрат.
Стедовате 1ьно, общими показателями для выбора
трансформаторов и преобразователей являются: поминаль-
ное напряжение и требуемые уровни напряжения; допу-
стимый нагрев; экономическая нагрузка.
Провода, кабели и токопроводы также выбираются по
этим показателям, во дополнительно проверяются на до-
пустимую потерю напряжеппя. При выборе проводов
должны учитываться также регламентированные 11УЭ
минимально допустимые сечения проводов с точки зрения
их механической прочности.
В данной главе рассматриваются только вопросы,
связанные с выбором элементов спетом электроснабжения
по первым трем показателям. Вопросы выбора проводни-
ков п аппаратов по условиям к. з., являющегося также
обязательным, излагаются в курсе «Электрическая часть
станций II подстанций» и здесь по затрагиваются.
Расчетной максимальной нагрузкой по допустимому
нагреву называют условную нагрузку, выраженную в ам-
перах (/м), кпловаттах (Рм) или киловольт-амперах (£м),
которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке
по наиболее тяжелому тепловому действию (максимальной
температуре или тепловому износу изоляции проводников,
обмоток трансформаторов и электромашин). В дальней-
шем будем называть ее расчетной нагрузкой.
Прп нагреве проводников различают три формулировки
допустимой температуры жилы проводника:
н — длительно допустимый нагрев жпл по нормам,
С (50—80 С в зависимости от пзоляцип п
папряженпя);
Ф/к.п — кратковременно допустимый нагрев при пере-
грузках, С (90—12.э СС);
Ш
йжм — максимально допустимое превышение темпера-
туры жилы над температурой среды по нормам
прп токе к. з., С (125—350 С).
Если 'О'ср.н — температура среды, определяемая нор-
мами (25 °C прп прокладке внутри помещений и 15 °C при
прокладке в земле), то превышение температуры жил по
нормам
Тн — Й\н_н —
ср.п-
Например, для кабеля с бумажной изоляцией напряже-
нием до 3 кВ, проложенного в земле, тп — 80 — 15 — 65 СС.
Для тока 7, отличного от допустимого по нормам /д,
превышение температуры жилы, С,
Т = ТЦ
7\2
Для среды с температурой, отличной от 15 п 25 С
(районы Крайнего Севера, вечной мерзлоты, тропики
и т. п.), применяются поправочные коэффициенты для 7Д,
приведенные в ПУЭ.
При включении и отключении нагрузки температура
жилы за время t повышается пли понижается по
экспоненте
1 — е 3 и — Оусте т
где г^уст — установившаяся температура, С; Г — постоян-
ная времени нагрева, зависящая от размеров (сечения)
проводника, материалов жил и изоляции, а также от спо-
собов прокладки, определяющих отвод тепла от провод-
ника. Для сечении 4—240 мм2 .значения Т изменяются
от 2,4 до 90 мин в зависимости от указанных парамет-
ров.
Старение изоляции измеряют в относительных едини-
цах, принимая за единицу износ при нормированной тем-
пературе жилы Д;,я определения износа при изме-
нении температуры жилы пользуются восьмиградусным
правилом. Последнее состоит в том, что повышение
на каждые 8 С приводит к ускорению износа (старения)
изоляции вдвое, и наоборот. Относительный износ изо-
ляции за время f с пли rt составляет:
8
115
Пpif ступенчатом графике от дельные наносы могут быть
больше и меньше нормального, но общин износ должен
быть и норме, т. с.
к
1
Пиковой нагрузкой на зыкают кратковромоппую мак-
симальную нагрузку, создающую макс има ii.uy ю Потерю
напряжения и момент се приложения, и колебания напря-
жения вследствие ее кратковременного характера. Кроме
не 1ИЧИНЫ, выраженной в амперах (7„и|(), киловаттах (Лии;)
или киловольт амперах (5,|(|,,), пиковая нагрузка харак
термзуется частотой появления, что связано с требо-
ваниями качества электроэнергии (см. § 12-1).
Экономическая нагрузка, выражаемая для проводни-
ков экономической плотноеI'l.io тока 7Э (Л .мм2), соответ-
ствует минимуму приведенных затрат. Соответствующее
значение экономической величины тока для сечения s (мм2),
выбранного ио расчетному току (А),
Z g — J ох.
Между этими тремя формулировками нагрузки суще-
ствует соотношение
НИК*
Основным показателем для промыт 1гнных элсктросе
тен напряжением до 1iиHJ В и выше являемся допустимый
нагрев, так как потери напряжения и электроэнергии
не яв 1ЯЮТСЯ решающими факторами при правильно за-
проектированной современной схеме электроснабжения.
При глубоком вводе1 высокого напряжения и подстанциях
малой мощности большая час и. сечений проводников на-
пряжением ди 1(ЯК) В опреде 1яется по расчетной нагрузке.
Ври заданных значениях расчетных нагрузок расчеты
выполняются по общеизвестным формулам или Готовым
таблицам. Существуют поправочные4 коэффициенты к до-
пустимым нагрузкам проводов и кабелей для различных
условий прокладки, температуры окружающей среды
п т. и., которые позволяют ищи»делить допустимые па-
грузкп с точностью до 1—2%, в то время как сама рас-
четная пагру »ка может быть определена с гораздо мень-
шей степенью точности (10—15"о).
110
Для лучшею использования элекг|юу< тановок жела-
тельно и и редел я 11» пагру ли! с наибольшей степенью
точное in. В то же время эта степень точности имеет прак-
тическим предел вследствие того, что сами элементы
электроснабжения могу! быть выбраны с определенными
интервалами между стандартными величинами. Если рас-
четная нагрузка находятся внутри этих интервалов, то во
избежание перегрева, как правило, берется верхний
Предел.
Такими интервалами для проводов и кабелей являются
шкалы допустимых токов нагрузки в амперах для стан
дартных сечений (а не сами сечения), а для трансформа-
торов — их мощности в киловольт-амперах. Ступень цара-
пания шкалы допустимых токов ьтя стандартных сей пни
кабелей и проводов с донус тимон н.нрузкои выше 100 А
(нагрузка меньше 100 А в рассматриваемом вопросе не
представляет интереса) для распространенных сечении
50—185 мм2 алюминиевых проводников равна 11—25%,
или в среднем 20"и.
Для трансформаторов процент нарастания шкалы
мощностей no I ОСТ 0680—61 составляет 56—60%. Следо-
вательно, величина интервала при bijoojm' между двумя
стандартными сечениями проводов и кабелей но допусти-
мому току составляет в среднем 20%, а между двумя транс-
форматорами 60%. Очевидно, степень точности расчета
нагрузок, равная половице интервала, является вполне
достаточной; стщ’мление добиться более точных данных
Си степенью точности меныпой половины интервала,
практически не меняет результата выбора стандартного
сечения пли трансформатора, а поэтому является неоправ-
данным. Кроме того, информация о технологических
режимах электроприемпиков и расчетных коэффициентах
часто бывает недостаточно точной и надежной. В целях
унификации и настоящее время принята необходимая
степень точности расчетов, равная ztl0°6 (Л. 5 1).
Поскольку экономические нагрузки лежат всегда ниже»
максимально допустимых по нагреву, можно ограни-
читься указанными пределами точности расчетных нагру-
зок, учитывая, что расчетная пагрузкп является лишь
средством для выбора сечения проводников или мощности
трансформатора.
Правильное определение расчетных нагрузок с ми-
нимальным запасом имеет большое народно хозяйствен-
ное значение, так как ни этим нагрузкам определяются
117
основные параметры элементов электроснабжения: сече-
ния проводников, мощности трансформаторов и преоб-
разователей, необходимые напряжения для распределе-
ния энергии и т. д., а также капиталовложения в си-
стему электроснабжения предприятия, определяющую
на длительный период его производственные возможности
и фондоотдачу.
В иностранной литературе опубликовано мало работ
но расчетным нагрузкам, в то время как советскими уче-
ными и инженерами в этой области проделапы большие
теоретические и экспериментальные работы, позволяющие
избежать ошибок, имевших место ранее, и принимать наи-
более рациональные решения.
Проблема определения электрических нагрузок возни-
кает лишь при числе электроприемников более трех; при
трех электроприемниках и менее расчетный ток /м опре-
деляется как арифметическая сумма их номинальных то-
ков I 2^,
A — hii + гп2 Ч- гнз*
Для электроприводов постоянного тока с индивидуаль-
ным преобразователем в качестве расчетного тока следует
принимать поминальный ток трансформатора, мощность
которого по условиям регулирования может превышать
потребляемую двигателем мощность на 25—30% и выше.
При расчетах по мощности за расчетную Рм прини-
мается потребляемая активная мощность при номиналь-
ной нагрузке. Для электродвигателей номинальная (уста-
новленная) мощность является мощностью па валу, так что
потребляемая будет больше на величину потерь:
П __Phi | РН‘2 I Риз
м m % пз ’
гДе рП1, рн2 и р„3 — номинальные мощности двигателей
при ПВ = 100% и тц, т)2 и т|3 — их к. п. д.
Для прочих приемников электроэнергии (электропечи,
сварочные машины, лампы) номинальная мощность сов-
падает с потребляемой, следовательно, расчетной при
чпеле электроприемников до трех:
з з
, Рн — или *9М = sH = Sn.
1 i
Таким образом, для ответвлений от магистралей или
распределительных шкафов к отдельным электропрпем-
118
никам единственным параметром для расчета по нагреву,
по принципу равнопрочиостп является пх номинальный
ток; в этих случаях нет надобности касаться в расчетах
их к. п. д. и cos ср.
При числе электроприемников более трех, разнород-
ных по мощности и режиму работы, суммарная их на-
грузка образует некоторую переменную величину, кото-
рая может быть представлена в виде графика мощности
пли тока в функции времени, построенного по показа-
ниям приборов (обычно счетчиков, реже — самопишущих
приборов).
На рис. 5-1 показан график переменной нагрузки
группы двигателей металлорежущих станков, построен-
и
Рпс. 5-1. График нагрузки двигателей металло-
режущих станков.
нып по показаниям счетчика через каждые 10 мин в те-
чение 8-часовой смены с часовым обеденным перерывом.
На рпс. 5-2 показан график резко переменной нагрузки
электросварочных машин, снятый самопишущим ватт-
метром в течение 45 мин. Для электроприемппков с рав-
номерной нагрузкой, например для текстильных машин,
график нагрузки, как правило, получается близким к го-
ризонтальной липни.
Встречающиеся на практике промышленные графики
вагрузой разнообразны, и вопрос определения расчетных
нагрузок для групп электроприемннков в общем случае
является достаточно сложным. В настоящее время имеется
веско 1ько методов, позволяющих производить подобные
расчеты для ожидаемых нагрузок вновь проектируемых
установок.
В графике нагрузок наиболее интересным является
максимум, который определяет нагрев проектируемого
119
элемента электроснабжения — сечения проводника цщ
мощности трансформатора. Понятие о «греющем макси
мумс» связано с продолжительностью этого максимума
который берется в виде средней величины нагрузки за
определонный промежуток времени (например, 10, 15.
30 или 60 мин) но показаниям счетчика, дающего инте-
гральное значение потребляемой электроэнергии за при-
нятый период усреднения. Кроме того, нагрев проводника
зависит от его постоянной времени нагрева, учет которой
сложен.
Ввиду сложности определения продолжительности
♦ греющего максимума» с учетом постоянной времени на-
грева эта продолжительность условно принята стандарт-
ной 30 мин. Эта же величина принята и Американским
институтом инженеров-электриков и электроников
|Л. 1-Й!.
На образование .'30-ми путно го усредненною мак< и
мума нагрузки группы электропрпемппков чаще всею
влияет большое количество случайных факторов, как-то:
количество приемников, соотношение их мощностей, ре-
жим работы, коэффициент включения, степень загрузки,
одновременность работы и т. д. На загрузку оборудова
имя в свою очередь влияют такие факторы, как квалпфп
нация и личные качества рабочего, наличие и соответ-
120
стппо материала, качество ине трумента и г. д. В отдельных
производствах работа электрон риемников может бы и»
жестко связана (автоматические линии станков). Анализ
фактически наблюдаемых нагрузок показал, что для
। руины электронрпемников максимум нагрузки, как пра-
вило, получается значительно меньше их суммарной помп
паянной мощности.
Поскольку перечисленные выше факторы, влияющие
на образование максимума нагрузки, носят случайный
характер, то и сам максимум является величиной слу
чайной. Для его определения используется математиче-
ский аппарат теории вероятностен и математической ста-
тистики. Следовательно, расчетный максимум нагрузки
группы электропрпемппков является вероятностной вели-
чиной, определяемой с определенной достоверностью, что
реальная нагрузка не превысит расчетную.
Согласно «Указаниям по определению электрических
нагрузок в промышленных установках» 1Л. 5-2] основ
ними исходными данными для расчетов служит перечень
алектроириемпиков с указанием поминальной мощности,
назначения механизма или технологической установки,
режима работы, напряжения, числа фал и т. Д.
5-2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
С ПОМОЩЬЮ РАСЧЕТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
Ниже излагаются основные положения по определе
пню электрических нагрузок согласно действующим ука
линиям. Определение расчетных нагрузок группы элек-
троприемииков промпредприятий с примопенцем ряда
расчетных коэффициентов, в основу которого положен
метод упорядоченных диаграмм |Л.5-1|, позволяет по
номинальной мощности и характерно икс электронрием-
ников определить расчетный максимум нагрузки.
Все электронрнемпнки разбиваются па характерные
группы с более пли менее одинаковым режимом, например
металлорежущие станки, паюсы и вентиляторы, подъемно*
траншюртные механизмы, электропечи термообработки
и I. д. Но каждой характерной группе определяется сум-
И
парная номинальная мощность Рп — \ рн, » которую
।
входят мощности при IIВ 100% только рабочих меха-
низмов (без резервных).
121
1’аг‘и 1 нагрузок дли промышленных элоктронриемни
ком веден я за наиболее aai ружейную смену, обычно пер
вую, но бывают исключения.
Если расход алектроэнергии зп наиболее загруженную
смену длительностью 7’см составляет Ц см, кВт-ч, то
средняя нагрузка за наиболее* загруженную смену, вклю-
чая потери .мощности н электродвигателях, кВт,
= (5-1)
Относите*явная величина
(5-2)
называется к о э ф ф и ц и е п т
н и я, который всегда мепыне
нагрузок действующих 11|и*д-
нриятии показывают, что для
каждой характерной группы
о м и с и о л ь з о в а -
единицы. Обследования
Рпс. 5-3. Упорядоченный график нагрузки.
а — упорядоченный (рафик fine. 5*1: Л — упорядоченный график
и кривая функции нормального расиреде.(сини.
получаются некоторые пределы наблюдаемых коэффи-
циентов использования, а также коэффициентов мощ-
ности.
Анализ сменных графиков нагрузки показал, что на-
грузки как случайные величины наиболее часто подчи-
няются нормальному закону распределения. Если по-
строить из реального графика нагрузки, например, стан-
ков (рис. 5-1) упорядоченный график по убывающим
ординатам (рис. 5-3, а) и повернуть его па UU , то полу-
122
чпм ihhiiio, близкую к кривой функции распределения
для нормально!о закона,
+® (р-рг)*
г<р)=7Гй.1'в' м' dP'
—00
гдр Рс = М [PI ~ средняя нагрузка за смену, соответ-
. стпукнцая математическому ожиданию
случайной нагрузки;
сг=] Z>[P| ~ стандарт нагрузки, определяемый как
корень из дисперсии нагрузки.
Дисперсия, или математическое ожидание квадрата
отклонения от средней величины:
I Л/ [(Р - Рс)2] = Л/ [Р2 - 2/7>с4-Рг] »
I = м рч _ 2рсм [/> J р* = р/к - 2Р- 4- Рг = РсИ - Р^.
где Рек — среднеквадратичная нагрузка.
Стандарт нагрузки
0 = 1 />;K-Z'J = PC| AV=T.
где А'(|, = Рск/Рс — коэффициент формы графика.
Прп нормальном законе распределения нагрузок по-
явление в графике нагрузки, большей чем Рп, с обычно
принимаемой вероятностью меньше 0,003 будет дрн
Рм = Рс4-Зо. (5-3)
В расчетах электрических нагрузок достаточна вероят-
ность 0,05, гак что можно ограничиться величиной
Рм = Рс4-1,73о. (5-4)
Если упорядоченный график нагрузок близок к прямой
линии, что соответствует закону равномерного распределе-
нии вероятностей, то границы Р
Аиш = Рс - 1,73а Р Ро 4- 1,73а = Рь1.
Продолжительность расчетного максимума нагрузки
принята равной 30 мни и для него применяется также
обозначение Ряп = Рм.
Отношение максимальной нагрузки к средне!! за наи-
более загруженную смену
''* = Ам (5-5)
• с
123
называется коэффициентом максимума, ко-
торый обычно больше единицы. Отношение максимальной
нагрузки к номинальной (установленной) мощности
р”=А-„Л’м = Л-
II
(5-6)
с
называется коэффициентом спроса по активной мощности,
пли коэффициентом спроса.
Коэффициент спроса характеризует степень использо-
вания поминальной мощности электроприемпиков и наряду
с коэффициентами использования и максимума служит
важным показателем в расчетах электроснабжения.
Из многочисленных случайных факторов, влияющих на
образование максимума Рм или коэффициента макси-
мума А\, принято учитывать влияние только различия
мощностей отдельных элсктроприемников. Для этого вво-
дится понятие об эффективном числе элсктроприемников
n.j — числе однородных по режиму работы элсктроприем-
нпков одинаковой мощности, которое обусловливает ту
же величину расчетного максимума, что и группа из п
различных по мощности и режиму работы электроприем-
нпков.
Точное выражение для эффективного числа электро-
приемников, впервые данное II. В. Копытовым [Л. 1-11].
есть отношение квадрата суммы мощностей п электроприем-
ников к сумме 'их квадратов
(5-7)
Прп одинаковых мощностях элсктроприемников п = п.
Упрощенные способы определения указаны ниже.
При определении пэ для многодвигательных приводов учи-
тываются все электродвигатели данного привода. Если
в мх числе есть включаемые и отключаемые одновременно,
то они считаются за один электроприемпик суммарной
мощности. Для крапов количество одновременно работаю-
щих двигателем должно быть не более двух (по нормам
1 осгортехнадзора).
Величина Км определяется в зависимости от Кп и п3
согласно табл. 5-1 [Л. 5-1] и кривым рис. 5-4. Кривые
OOZ 9LI 091______921______001 SB OB S3 09 SL OL 99 09 SS OS 99 09 SO
7'аЛлиц,/ j-j
"э <31мчг1шя лм при к
0.1 0,15 0,2 п.з I п.1 о.:> 0.0 0,7 0,8
4 3,43 3.11 2.64 2.14 1.87 1.65 1.46 1.29 1.14
5 3.23 2.87 2.42 2.0 1.76 1,57 1.41 1.26 1.12
6 3,04 2.64 2.24 1.88 1 55 1 51 1.37 1,23 1.10
7 2.88 2.48 2.10 1,80 1.58 1 i ) 1.33 1 21 1.09
8 2 72 2.31 1.99 1.72 1 52 1.40 I 30 1 20 1 08
9 2.56 2.20 1.90 1.65 1.47 1,37 1 28 1 18 1.08
10 2.42 2.Ю 1.81 1.60 1.43 1.34 1.26 1,16 1,07
12 2 24 1.96 1.75 1.52 1,36 1.28 1 23 1.15 1.07
14 2.10 1.85 1,67 1.45 1.32 1 25 1.20 1.13 1.07
16 1.9!) 1.77 1.61 1.41 1.28 1.23 1.18 1.12 1.07
18 1.91 1.70 1.55 1.37 1.26 1.21 1.15 1 11 1.06
20 1.84 1.65 1.50 1.34 1 24 1,20 1.15 1.11 1.06
25 1.71 1.55 1.40 1.28 1 21 1.17 1.14 1 10 1.06
Ж) 1.62 1.46 1.34 1.24 1,19 1.16 1 13 1.Ю 1,05
35 1.56 1,41 1 Ю 1.21 1.17 1 15 1 12 1.09 1.05
40 1.50 1 37 1.27 1.19 1.15 1 13 1 12 1,09 1.05
45 1.45 1 33 1,25 1 17 1 14 1 12 1 II 1.08 1 04
50 1.40 1.30 1.23 1,16 1.13 1 II 1.Ю 1.08 1 01
W 1.32 1 25 1 19 1,14 1.12 1,11 1.09 1.07 1,03
70 1.27 1,22 1 17 1 12 1.10 1.10 1.09 1 06 1,03
80 1.25 1.20 1.15 1.11 1.10 1.10 1.08 1.06 1.03
00 1.23 1.18 1.13 1.10 1.09 1.09 I.O8 1.05 1,02
100 1.21 1.17 1.12 1,10 1,08 1.08 1,07 1.05 1.02
120 1.19 1.16 1.12 1,09 1.07 1.07 1.07 1.05 1.02
140 1,17 1.15 1.11 1.08 1 06 1.06 1.06 1.05 1 02
160 1.16 1 13 1 Id 1.08 1.05 1.05 1.05 1.04 1.02
180 1.16 1.12 1.10 1.08 1 05 1 05 1 05 1 04 1 01
200 1,15 1,12 1,09 1.07 1.05 1.05 1,05 1,04 1.01
построены н предположении, что групповой коэффицпеш
загрузки, равный отношению группового коэффициента
использования к групповому коэффициенту включения,
А„ =*Л = 0,8.
лв
Если имеются несколько .характерных групп электро-
приемнпков, то складынаются их средине нагрузки, так
как максимальней нагрузки могут не совпадать По вре-
мени, за исключением этектропрпемников с постоянной
нагрузкой и электрооснещеппя. Средняя нагрузка А
групп, кВт,
(5 8)
Для определения общего максимума нагрузки несколь-
ких к групп необходимо найти общее эффективное число
электроприемников всех групп nuh н средневзвешенное
значение коэффициента использования
h
1
по которому по табл. 5-1 находят коэффициент максимума
и расчетный максимум:
к
1
Наиболее сложным является определение эффективного
числа электропрпемппков п}. Согласно Указаниям, Допу-
скаются следующие, упрощения по определению я,.
При отношении мощности папбо пашти электроприем
ника к мощности наименьшего
= 3 (5_10)
Рч. мни
допускается принимать п 4.
При определении величины т самые мелкие электро-
прпчмппки, суммарная мощность которых не превышает
5% общей мощности группы, могут быть исключены и их
число при определении /ь, не учитывается.
При т > 3 и А’,1^0,2 эффективное число алектро-
прцемийков может определяться ни упрощенной формуле
I 2VA1
Г I п9 = —1----.
Рч. макс
Если значение п„ подсчитанное по этой формуле, будет
больше п, то принимается п, — п.
При A',, <z 0,2 эффективное число приемников опреде-
ляется по табл. 5-2 следующим образом. Гн ретен мощность
одного наибольшего »1сктроприемника р|1Макс н опреде-
ляются число и мощность всех наибольших приемников
в группе /\, куда входят все электроприемники, мощность
которых равна или больше 0,5 Рн.мпкс* Определяются
относительны!? значения числа н мощности наибольших
нлектроприемппкив в группе ц1 = nJ и и Рх = PjPtt.
(5 11)
127
P Diinron^
128
К зависимости от ф и /\ по табл. 5-2 определяется зна-
чение th == я., л, откуда п, » я, н.
* О \ * I •
При нэ>200 и любых значениях Ан, а такие при
А'„ > U,8 и любых значениях по допускается принимать
максимальную нагрузку равной средней за наибол«ч? за-
груженную смену (Ам = 1).
В справочных таблицах по расчету’’ электрических на-
грузок приводятся значения Аи для характерных групп
электроприемпиков. Значения приведены на основании
обследований, показавших значительный разброс факти-
чески наблюдаемых. В таблицах приводятся пе средние
значения (не млематичес кое ожндапио), а верхний предел,
вероятность превышения которого не более 5—8%, т. е.
это вероятностные величины.
Описанный метод расчета Рм относится к характерным
группам элгктроприемнпков с переменными графиками
Harpy jok. Кроме них, имеются электроприемпики с Ирак
тичоски постоянным графиком шнрузкп (текста 1ьные
машины, пасен ы первого подъема водоснабжения, нере-
гулируемые вентиляторы и др.) с высоким А',, 0,6,
А л =s I и высоким коэффициентом заполнения графика.
Для таких групп Рм /<м и in Ам := 1.
При суммировании нагрузок групп с переменным и
постоянным графиком допускается суммировать макси
малытые нагрузки обеих групп, т. е. фактически склады
пять максимум группы е переменным графиком со садней
натру <кои группы < постоянным графиком.
При необходимости пересчета величины получасового
мащимума l\t на макс имум продолжительностью 0 (для
элементов Сетей с постоянной времени нагрева, значительно
большей Ю мин, например кабелей больших сечелшй и
трансформаторов) приближенное значение ко ффлцнента
маю и.мума
А'«'=,+ ^Г- <5'12)
| 20
где 0 — продолжительность усреднения максимума, ч.
Как видно из предыдущего, расчет максимальной
нагрузки состоит в определении двух составляющих —
средней нагрузки и превышения максимальной над
ере щей.
В справочных таблицах по расчету нагрузок для харак-
терных групп электроприемпиков приводятся также зна-
б Мукосеев 10. Л. 129
чения cos ф/lg ф, которыми можно определить средние
реактивные нагрузки за наиболее загруженную смену
Сем — Рсм tg Q . (5-13)
При суммировании средних нагрузок разных групп
отдельно находятся 2РСМ и ^Qcm, определяется средне-
взвешенный cos ф за наиболее загруженную смену через
tg4>=V^.
* см
Для синхронных двигателей, работающих с опережаю-
щим коэффициентом мощности, величина (?см берется со
знаком минус. 4
Учитывая характер потребления реактивной мощности
асинхронными двигателями (см. § 5-8), мало зависящей от
коэффициента загрузки двигателей, в У казаниях принято
рассчитывать максимум реактивной нагрузки по выраже-
ниям:
при п0<10 См = 1ДСсм; (5-14)
при п >10 См = Сем- (5-15)
Отношение максимума реактивной нагрузки к макси-
муму активной определяет tg ф, соответствующий коэффи-
циенту мощности 30-минутного максимума, имеющего важ-
ное значение в расчетах режимов электроснабжения,
4 < См
cos ф = cos arctg р .
Расчетный максимум силовых электро приемников по
магистрали или цеху в целом
= 1 АТТ® и (5-16)
I 3 он
Для осветительных электроприемников максимальная
активная нагрузка подсчитывается с учетом коэффициента
спроса:
Р-м — КСРц.
Значения Кс для осветительных установок приводятся
в ПУЗ и в справочных таблицах. Для люминесцентных и
дуговых ртутных ламп учитывается также реактивная
нагрузка, поскольку в этом случае cos ф — 0,6 п
tg ф = 1.39>
Прп совместном питании силовых и осветительных
электроприемников от общих трансформаторов склады-
130
ваются соответствующие величины максимальных нагру-
зок; активные и реактивные нагрузки складываются гео-
метрически и затем находится общая нагрузка в Кило-
вольт-амперах.
Для определения максимума нагрузки служит также
коэффициент спроса Ас, применение которого для расчета
силовых нагрузок было предложено автором в 1936 г.
Пользование коэффициентом спроса получило широкое
распространение как в союзной, так и зарубежной прак-
тике. Пользование одним коэффициентом Кс вместо ею
составляющих: Кп и не учитывает влияния числа
электроприемников, соотношения их мощностей и т. д.
и дает повышенную погрешность в расчетах. Однако обсле-
дования электронагрузок на предприятиях показывают,
что значения Кс получаются иногда более устойчивыми,
с меньшим разбросом, чем значения Аи.
Значения Кс для характерных групп и производств
приводятся в справочниках; пользоваться ими рекомен-
дуется для контроля результатов расчетов по Ки и
а также при отсутствии исходных данных для расчетов
по Ки и Ам.
’ Недостатком пользования расчетными коэффициен-
тами К и, и Кс является необходимость точного знания
номинальной мощности электроприемников, что на прак-
тике не всегда возможно. Заданный при проектировании
перечень оборудования может претерпеть значительные
изменения в зависимости от заводов-поставщиков. Резуль-
таты расчетов, полученных с помощью коэффициентов Ки,
Ам и К с, рекомендуется сопоставлять с данными по ана-
логичным действующим предприятиям или с результатами
расчетов по другим показателям. В особенности это отно-
сится к показателям удельного расхода энергии и’уд.
5-3. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ ОДНОФАЗНЫХ
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ
Прп питании от трехфазной сети однофазные электро-
приемники могут включаться на линейное (между фазами)
и на фазное (фаза — нуль) напряжения (рпс. 5-5). В этом
случае трехфазная сеть должна быть рассчитана по току
наиболее загруженной фазы, для чего определяется экви-
валентная трехфазная нагрузка, создающая ток, равный
току наиболее загруженной фазы. Если имеется одна одно-
фазная нагрузка включенная на линейное напряжение
б* 131
f
между фазами А и В (рис. 5-5, я), то эквивалентная трех-
фа.зная нагрузка
$о = 1 3d,.
(5-17)
При включении нагрузки на фазное напряжение 1-0
эквивалентная трехфазная нагрузка
$., = 3$,.
(5-18)
При токах нагрузки, включенных на фазы АВ и В(\
и yr io между ними 120 (рис. 5-5, е) ток в фазе В
Если имеются три разные нагрузки, включенные на
разики» плечи фаз, причем $, > > $3, то наиболее
Рис. 5-5. Включение однофазных нагрузок.
а — на напряжение фаз АП: б — па фазное напряжение АО. • — векторная
диаграмма токов.
загруженная фаза будет между нагрузками $, и *S’2,
экнввалентная нагрузка
I 5 |$14- $] 4- $!$•»; (5-19)
например, при нагрузках 40, 30 и 20 кВ-А (при при-
мерно одинаковом cos q)
$э = ) 3 ] 4о2 4-ЗО24-/‘О-ЗО = 105 к13 • А.
При включении трех разных нагрузок на фазное наира
жение (фаза — пуль) эквивалентная трехфазная нагрузка
определяется также по (5-18).
При большом количестве однофазных элсктроириемпи-
ков возникает вопрос, следует ли определять эквивалент-
ную Для них трехфазную мощность или считать их сум-
марную установленную мощность трехфазной и вести
132
расчет как- обычно. Согласно У казяниям однофазные
электропрнемннкп, включенные на фазные и междуфаз-
ньк* напряжения и ра< предо leinii.ie по фа »ам с перавпомер
ностыо не выше 15% по отношению к общей мощности
трехфазных и однофазных a iciciроприемннкоп в группе,
учитываются в расчетах как трехфазиые > 1екгропрнемникп
тон же суммарной мощности. При превышении указанных
пределом неравномерное тн расчетная нагрузка прини-
мается равной тронной нагрузке наиболее загруженной
фазы согласно формулам (5-18) и (5-19).
При числе однофазных электроприемников, имеющих
одинаковые Л'н и cos <р больше трех, максимальная на-
грузка определяется по обычной формуле
Л*м = К М^СМ в А И /х мРц»
где /\| — суммарная номинальная мощность однофазных
) leKi ропрпемипков при неравномерности ме нее 15% пли
эквивалентная номинальная мощность, определенная по
формулам (5-18) п (5-19) при неравномерности более 15%.
При определении Лм эффективное числи однофазных
приемников
-- 1л »
•7'ц. млкс
(5-20)
где 2 /)и—сумма поминальных мощностей однофазных
электроприемникоп данного расчетного узла; рНМ1Н(Г — но-
минальная мощность наиболее нагруженного электро
приемника однофазного тока.
При числе однофазных электропрпемппков с различ-
ными Кп и cos <| более трех и включении их па фазные и
линейные напряжения они распределяются по фазам Но
возможности равномерно, пос к* чего опре шляются средине
нагрузки за наиболее загруженную смену но каждой фазе.
Общая средняя нагрузка каждой фазы складывается из
суммарной однофазной нагрузки, включенной на фазу —
нуль, и нз двух суммарных нагрузок, включенных на
линейное напряжение меж <у фазой и двумя другими. Дтя
определения расчетной нагрузки применяются к о э ф -
ф и ц и е и т ы п ривсде и и я линейных п.ирузок
к фазным, зависящие от cos (р.
Например, для фазы А будем иметь:
/\ч(Л) = А ц/'лнРс \н)л ’ЬЛ'||Ргл/,гл(Л)4"А1,/>ло;
С4м(Л) = А'||Рлв7(ЛЙ)А "Ь Mi^CA^CA) 4 + Ам^ло 1g <(.
133
где К и и Л*,, — коэффициенты использования для электро-
приемников, включенных между фазами и па фазу—нуль;
Рдв', 1*ли— номинальные мощности, включенные со-
ответственно на фазы 1/?, С А и на фазу—нуль; lg Ф — со-
ответствующий cos ср электроприемников. включенных па
фазу—нуль; Р(дв) л* Р(СА)Л —коэффициенты приведения
к фазе Я активных нагрузок, включенных на напряже-
ния Л-В и С-А\ Ц(дв) д, (j(CA)A —то же для реактивных
нагрузок.
И 1 полученных значении находится наиболее загружен-
ная фаза по активной нагрузкек например фаза С, а затем
эквивалентная нагрузка трехфазной сети от однофазных
электроприемников
^СМ— ^^сщС) И = З^см(С)*
Ко >ффициент использования Аи определяется для наи-
более загруженной фазы
А' —_______1 ______
” (''вс + 'сл^-Н’со’
а действующее числи электроприемников определяется но
формуле (5-20).
Значения коэффициентов приведения указаны
в табл. 5-3.
Таблица 5-3
Коэффициенты приведения Коэффициенты мощности нагрузки
и 4 6.5 <).<> О.«5 0.7 ол 0.У 1
Р(АВ) А’ Р(ВС)В' Р(СА)Г 0.17 1 0,89 0.81 0,8 0,72 ДО 0,5
Р(ЛВ) В’ Р(ВС)С> Р(ГА) А 0.17 0 0.11 0.16 0.2 0.28 о.36 0.5
Ч(АВ) V Я(ВС)В> Я(СА)С 0,86 0.58 0,38 0.3 0.22 0,09 —0.05 -0,29
Я(АВ) В* Я(.ВС)С* Я(СА)А 1.44 1,16 0.96 0,88 0,8 0,67 0,53 0,29
5-4. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК С ПОМОЩЬЮ >ВМ
Расчет электрических нагрузок требуи больших затрат
времени, которые могут быть значительно сокращены с по-
мощью ЭВМ. На рис. 5-6 представлена блок-схема алго-
ритма расчета электрических нагрузок в цеховых сетях.
Исходными данными при расчете служат спецификация
технологического оборудования и таблица показателей
электрических нагрузок электроприемников А'п и 1g ф.
131
Рпс 5-G. Блок схема алгоритма расчета
электрических нагрузок.
135
До ввода в машину исходные данные предварительно
группируются по принципу, приведенному в табл. 5-4.
Данные по осветительной нагрузке вводятся вместе
со второй группой элсктроприемников, причем коэффи-
циент использования Кп заменяется коэффициентом спроса
осветительной нагрузки.
Особенностью машинного расчета электрических па-
грузок является определение коэффициента максимума А'м
не по кривым Указаний, а по аналитическому выраже-
нию [Л. 5-3]
I I -^И.Ср
Анализ выражения (5-21) показал, что при значенпях
< 10 и Ап 0,2 оно дает заниженные значения Ам,
но в допустимых пределах (10%), а при больших значе-
ниях ??я и Ап дает завышенные до 16—20% значения Кы,
что недопустимо. Поэтому для любых значений и А’11ср
от 0,15 до 0,8 рекомендуется пользоваться выражением
। 1»4 -| /~—1»2АИ. (.р
D11 V А-я.,р-0,01 ’
для Ац.ср > 0,8 и любых значений пэ — 1.
Наиболее подходящими для подобных расчетов яв-
ляются машины среднего класса («Мир», «Напри», «Раз-
дан»), Применение машинного расчета сокращает время
расчетов в 10—15 раз. Характерно, что при машинном
расчете определение эффективного числа электроприем-
ников получается быстрее по точной формуле (5-7), а не по
упрощенным (5-10), (5-11).
136
5-5. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК. ОБЩЕЗАВОДСКИЕ НАГРУЗКИ
Приведенные формулы построены на использовании
статистических данных обследовании электрических па-
грузок действующих предприятий. Обследования прово-
дились различными организациями в разнос время, и часть
коэффициентов значительно устарела. Как правило, все
обследования показывают значительный разброс наблю-
даемых коэффициентов, причем в ряде случаев значения
коэффициентов спроса оказывались более устойчивыми,
чем значения коэффициентов использования и максимума.
Кроме того, теоретически обоснованные методы предпо-
лагают известными все электроприемпики с указанием их
номинальных мощностей или общей мощности и мощностей
наибольших приемников. Практически эти исходные дан-
ные могут отсутствовать или быть заданными ориентиро-
вочно (с уточнением на следующей стадии проектирования).
В то же время все основные элементы электроснабжения,
такие как напряжения электрических сетей, сечения маги-
стралей, мощности цеховых трансформаторных и преоб-
разовательных подстанции, распределительных пунктов
высокого напряжения и главных понизительных подстан-
ций, определяются на первой стадии проектирования и
редко уточняются в рабочих чертежах.
Важное значение имеют вспомогательные методы опре-
деления расчетных нагрузок. К их числу относится метод
удельных плотностей нагрузок, кВ-А/м2,
где F — производственная или общая площадь данного
характерного производства, м2.
Этот метод расчетов был впервые предложен автором
в 1936 г. для проектирования универсальных сетей цехов
машиностроительной промышленности и признан един-
ственно рациональным для проектирования электросетей
цехов с меняющимся технологическим процессом.
Зная намеченную технологическим проектом площадь
цеха и значения $уд, кВ-А/м2, наблюдаемые на анало-
гичных действующих предприятиях, можно определить
мощность цеховых подстанцпй и сечения основных маги-
стралей, не имея точного перечня приемников электро-
энергии.
137
Для осветительных установок этот метод применяется
уже давно, причем величины Руд, кВт/м2, осветительных
нагрузок также растут.
Для цехов с перемещаемым оборудованием при приме-
нении так называемых универсальных сетей из распреде-
лительных штепсельных шинопроводов при мощностях
двигателей до 20 кВт включительно нет необходимости
определять расчетные нагрузки, так как допустимый ток
минимального шинопровода типа 111 РА-250 250 А и при
величине обслуживаемой им площади 6 X 24 м он обмене
чивает удельную плотность нагрузки но току 1,74 А мм2,
что при напряжении 380 В соответствует удельной плот-
ности нагрузки 1,15 кВ-A m2, в то время как по всем
материалам обследования эта плотность пе превышает
0,35-0,55 кВ-А/м2.
Если имеются потребители мощностью более 20 кВт,
у которых ток плавкой вставки ответвления больше 100 А,
то их рекомендуется питать непосредственно от маги-
страли или применять распределительные шинопроводы
па ток «00 А и выше. Ответвления от магистралей к рас-
пределительным шинопроводам следует принимать без
расчетов по принципу равнопрочное™. Таким образом,
собственно расчету подлежит только нагрузка па маги-
страль или на цеховую трансформаторную подстанцию.
Метод расчета магистралей и трансформаторов по
удельной п IOTHOC.TM нагрузок применяется в зарубежной
практике; в приложении Bill даны некоторые величины
этих нагрузок.
На основании имеющихся обследований, литературных
данных и анализа проектов, выполненных за последние
годы, для цеховых трансформаторов в машиностроении
и металлообработке рекомендуется принимать удельную
распределенную плотность па грузки $уд в пределах
0,15—0,250 кВ’А/м2 в зависимости от характера производ-
ства (мелкосерийное, поточное, автоматизированное и т. д.).
Если цеховая трансформаторная подстанция имеет
один выход па магистраль, то последняя выбирается но
мощности трансформатора, а при двух выходах в разный
стороны магистрали считаются па ток
тр t тр
2 0,85 = 1,7 •
где 7тр—ток трансформатора; 0,85 — коэффициент сов-
мещения максимумов,
138
Нагрузки участков с ненеремеЩаемым оборудованием
(термические, гальваничес кие и г. п.) рассчитываются
обычным порядком, и их площадь нс учитывается при
расчете универсальных сетей.
Другой вспомогательный метод расчета нагрузок со-
стоит в использовании удельных расходов электроэнер-
гии на единицу продукции м*уд при заданном объеме
выпуска про [унции Л/ в определенный период времени Т.
В этом случае определяется средняя1 нагрузка за смену,
сутки пли год, кВт,
1) _и’уд^
Приняв значение коэффициента максимума по анало-
гии с наблюдаемыми в действующих предприятиях, нахо-
дят расчетный максимум Рм. Этот метод может приме
пяться при достаточно устойчивых значениях ц>уд, напри-
мер, для заводов электролиза алюминия, где шуя доста-
точно определен, а потребление электроэнергии па прочие
установки составляет только 5—10%. Подсчет максимума
нагрузки при коэффициенте максимума, равном единице,
вследствие непрерывное ли производства получается не-
сложным и достаточно достоверным. Данные но удельным
расходам электроэнергии на единицу продукции в про
мышленности приведены в (Л. 5-51.
В некоторых случаях расчетные нагрузки определяют
по известным формулам мощностей, потребляемых элек-
троприводами. Например, для непрерывных пли цикли-
ческих производств, в которых преобладают насосные
установки, пользуются данными технологов о нано]*? 11,
м, и расходе жидкости Q, м;'/с, плотностью у, т/м®, так
что потребляемая насосом мощность, кВт,
n _ VQ//
1021] ’
где ц — к. н. д. насоса, приводимый в каталогах.
Вспомогательным показателем, особенно в перспектив-
ных расчетах, является >лектровооружвнность труда,
которая выражается количеством электроэнергии н*эвт,
1 В Указаниях она называется максимальной, что неправильно,
тэк как отношение расхода электроэнергии к времени даст среднюю
нагрузку.
139
кВт*ч/год на рабочего или выражается по мощности,
кВт/рабочего,
п _____ шзвт
1 авт — у» .
' раб
где 7’рпб — число часов, отработанных рабочим в год.
Самым точным, но трудоемким методом определении
расчетных нагрузок является построение расчетного гра-
фика электрических нагрузок но заданному технологиче-
скому графику работы оборудования. Подобные техноло-
гические графики примепяюк я при проектировании уста
попок крупных потребителей — прокатных станов, дуго-
вых электроиечеп, печей термообработки периодической
|Г\лК.
ч
Рас. 5-7. Температурный
график Термической обра-
ботки металлов.
/ — сушка; 9 — цемента ни я;
J — .мед icHiioc охлаждение; J —
отпуск; 3 — охлаждение; в —
нагрев под здкилху, 7—закал-
ил; 8 — отпуск; а — ох.шжде-
ние.
цикличности, сварочных машин и др. Зная технологиче-
ский график и мощности, требуемые па каждой иго сту-
пени, легко построить общий график электрических нагру
лок, ио которому определяют величину расчетного макси-
мума.
На рис. 5 7 представлен характерный график темпера-
турного режима электропечей термической обработки
металла. Например, для 10 электропечей отжига изделий
из ковкого чугуна мощностью по ООО кВт каждая график
электрическом нагрузки, построенный с помощью техно-
логического графика с циклом 72 ч, позволил определить
расчетный максимум и коэффициент спроса, который ока-
зался равным 0.26. На рис. 2 9 приведен график резко
переменной нагрузки блюминга.
Развитие вычислительной техники сократит время на
построение таких графиков; в зарубежной литературе
имеются предложения строить графики нагрузки для каж-
дого электроирнемпика и закладывать их в ЦВМ, которая
должна дать суммарный график. Для этого должна быть
составлена программа закона сложения графиков. Такие
программы пока разрабатываются.
140
При подсчете нагрузок па сторон»? высшего напряжения
от потреби гелей напряжением до 1 UOU В следует учиты-
вать потери в цеховых трансформаторах: активные и реак-
тивные, постоянные и переменные. ,
Потери активной мощности в трансформаторе
f A/'t = A/\x + A-;A/'h... (5-22)
где А/^х — потери в стали, пли постоянные потерн холо-
стого хода, кВт; АР1,3 — потери в обмотках трансформа-
тора при полной нагрузке, кВт; Л3 — коэффициент за-
грузки.
Потери реактивной мощности в трансформаторе
Д(?Т=Ц^Т, (5-23)
где /о — ток холостого хода, приблизительно равный току
намагничивания, %; пк — напряжение короткого замыка-
ния или приближенное реактивное сопротивление (А),
соответствующее магнитному полю рассеяния при полной
нагрузке, %.
При подсчете активных потерь в трехобмоточных
трат форматорах, имеющих мощность всех трех обмогок
по 100%, необходимо учитывать А'3 отдельно для каждой
обмоткп. В каталогах потери короткого замыкания приво-
дятся максимальные для одною из грех сочетаний обмо-
ток ВП-ПП, ВН СП или СИ ПН.
Потери короткого замыкания в каждой из обмоток
определяются как половина величины Д/%.п ВП-ПН, при-
водимой в каталогах', но< колику активные сопротивления
всех трех обмоток, приведенные к высшему напряжению,
согласно каталожным данным равны между собой и вели-
чина остается постоянной для всех обмоток.
Поскольку коэффициент загрузки обмоткп ВП Л'аНц
равен сумме коэффициентов загрузки двух других обмоток
ЛаБИ == А^зсп + А'зпп, то выражение для активных но-
те рь трехобмоточного трансформатора получается
Дрт == А/’ххН-А ,вн А/’к.зВН -1-Л’зсц АРк.зсп -рА' ’ни Д^к.эпн-
Реактивные потери в трехобмоточном трансформаторе
определяются в зависимости от коэффициентов загрузки
обмоток и соответствующих реактивных сопротивлений
между ними:
В AZ-, % + А’зСН-' вп-сн +А1нп Авн-пи v
Ж? . — jlM) Т-
141
При определении расчетных нагрузок па стороне выс-
шего напряжения можно пренебречь активными потерями,
которые находятся в пределах 2—2,5%, и учитывать
только реактивные потери. Действительно, при полной
нагрузке трансформаторов мощностью до 2 500 кВ-А,
применяемых в качестве цеховых, реактивные потери
составляют 6,5—11,5% Аг, так что расчетная мощность
на стороне высшего напряжения, потребляемая трансфор-
матором, кВ-А,
5М = ] Рм+(<?м4-Д<2т)2- ' (5-24)
После определения расчетных нагрузок от цеховых
трансформаторов определяются нагрузки потребителей
напряжением выше 1000 В — двигателей, электропечей,
преобразовательных установок п др. Расчет производится
с учетом коэффициентов спроса и мощности, или по сооб-
ражениям режима работы, загрузки установок, степени
резервирования и т. д. Для уникальных крупных электро-
приемников (прокатные стапы, дуговые электропечи)
строятся графики нагрузки.
При геометрическом сложении активных и реактивных
нагрузок цеховых ТП п потребителей напряжением выше
1000 В следует вводить коэффициент совмещения макси-
мумов Kz — 0,05 ч- 0,9 для определения нагрузки на РП
пли ГПП II по всему заводу. Таким образом определяется
величина общезаводского максимума активной, реактивной
и полной нагрузок, по которым ведутся расчет внешнею
электроснабжения от энергосистемы, подсчет потребления
энергии, се стоимости и др.
Реактивная мощность синхронных двигателей, рабо-
тающих с опережающим коэффициентом мощности, учи-
тывается со знаком минус и вычитается из индуктивной
нагрузки.
Полученные расчетные общезаводские значения макси-
мумов активной и реактивной нагрузок, коэффициентов
спроса и мощности следует сравнивать с коэффициентами,
полученными на действующих предприятиях или при
помощи других вспомогательных методов п при больших
расхождениях вносить соответствующие коррективы.
Формы расчетных таблиц и примеры определения расчет-
ных нагрузок дапы в приложениях Ш п ПШ.
Как показывает статистика, все предприятия, достигнув
проектной производительности, продолжают ежегодно ее
увеличивать за счет повышения производительности труда,
142
рационализации производства, смены ооорудования и т. д.
Одновременно ежегодно увеличиваются расход электро-
энергии и максимум нагрузки.
В табл. 5-5 приведены средние темпы прироста энерго-
потребления ио отрасли промъпплеппости Горьковского
района в процентах за год, полученные автором из ста-
тистики за 20 тот (1947—1967 гг.).
Таблица 5-5
Отрасль промышленности Прирост в год
за 5 лет за 10 лет за 20 лет
% в год раз О/ /й в год раз % в год раз
Машиностроение п металло- обработка 10 1.6 9.2 2.41 9,4 5,65
Химическая промышлен- ность 11.5 1,72 П,7 3.05 8 4.7
Бумажная промышленность 5.9 1.33 6.8 1,92 8.9 5,15
Строительные материалы 20 2.5 11,7 3.94 13.5 12.2
Текстильная 9.6 1.55 8.5 2,26 7 3.8
Пищевая Ц8 2.4 16.2 4,5 12 3 8.5
Статистические данные по годам составляют так назы-
ваемый динамический ряд, который выравнивается мето-
дами математической статистики. Выравнивание динами-
ческих рядов выпуска продукции и энергопотребления
было проведено автором по методу наименьших квадратов
для некоторых Цехов Горьковского автозавода за 5 и 10 лет
и по заводу в целом — за 20 лот. Все цехи (кроме терми-
ческих, переведенных на газ) показывают прирост энерго-
потребления, однако корреляционная связь с приростом
продукции очень слабая. Это объясняется условиями пла-
нирования продукции в тысячах рублей. При планиро-
вании по тоннам в горячих цехах связь получается более
сильной.
Завод в цепом за 20 лет показывает рост энергопотреб-
ления по линейному закону, т. е. по арифметической про-
грессии с ежегодным приростом 10,7% начального энерго-
потребления. При таком темпе прироста завод за 10 лет
удваивает, а через 20 лет утраивает энергопотребле-
ние. В какой-то мере также растет максимум нагрузки,
поскольку мог измениться коэффициент заполнения гра-
143
Статистический анализ по семи машиностроительным
предприятиям за 11 лет (1960—1970 гг.) показал, что
средний годовой прирост энергопотребления составляет
9,5% с разбросом вверх до 11,4"о и вниз до 7,33%. Сред-
ний годовой прирост максимального месячного энерго-
потребления по тем же предприятиям составил 10,43% при
разбросе вверх до 10.58% и вниз до 10,2%. Прирост
суточного максимума нагрузки за 8 лет по тем же пред-
приятиям составил 11,5% в год с разбросом вверх до
16,85% и вниз до 4,73%.
Учет динамики нагрузки очень важен при технико-эко-
номических расчетах вариантов дальней!него расширения
системы электроснабжения, что следует иметь в виду прп
разработке этой системы в начальной стадии па заданную
проектную мощность по производству продукции.
<
5-6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПИКОВЫХ ПАГРУЗОК II НАГРУЗОК
МАШИН КОНТАКТНОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ
При нагрузке во всех элементах системы электроснаб-
жения происходят потери напряжения, вследствие чего
на приемниках электроэнергии имеет место отклонение
напряжения от поминального. Потери напряжения, соот-
ветствующие максимальным расчетным нагрузкам ZM,
Рм и £м, обычно рассчитываются в пределах, допустимых
по имеющимся нормативам.
Нагрузка, создаваемая некоторыми потребителями
электроэнергии, может сопровождаться толчками в виде
отдельных кратковременных пиков той или иной продол-
жительности и частоты, которые могут создать колебания
напряжения, недопустимые по ГОСТ 13109-67.
Для подсчета потерь напряжения для осветительных
установок с лампами мощностью до 500 13т и электропечей
нагрева пиковые нагрузки совпадают с расчетными, т. е.
/пик ~ 1м, так как имеющие место толчки тока при вклю-
чении этих нагрузок слишком кратковременпы и прак-
тически не играют роли. Прп более мощных лампах нака-
ливания и ртутпо-дуговых лампах кратность пикового
тока достигает 12—14, -что при ощутимой длительности
может привести к отключению автоматов или перегоранию
плавких вставок Предохранителей, выбранных без учета
пика тока.
Для асинхронных двигателей с контактными кольцами
и двигателей постоянного тока учитывается толчок тока
Ш
наибольшего двигателя в группе, который прп пуске при-
нимается равным примерно 200% его номинального тока.
Пиковый ток для группы таких двигателей, например
для крановых,
Ашк Аусн.макс *4' Ат» (5-25)
где Ауск.макс — пусковой ток наибольшего двигателя;
/м — расчетный ток всей группы двигателей.
Формула (5-25) дает завышенные значения /Ш1К, по-
скольку величина 1М определялась с учетом работы наи-
большего двигателя. При большом числе двигателей этим
завышением можно пренебречь, по при малом числе дви-
гателей 7М следует подсчитывать для поминальных мощ-
ностей группы за вычетом мощности наибольшего двига-
теля Ашк ~i~ Ауск.макс ”1“ Ат -^АтАмакс- Для I рунпы аепп-
хронных двигателей с короткозамкнутыми роторами в фор-
муле (5-25) Гщ’ск.макс берется для двигателя, дающего макси-
мальный пусковой ток. Формула (5-25) для асинхронных
двигателей является не совсем точной, поскольку макси-
мальный пусковой ток и ток остальной нагрузки имеют
разные коэффициенты мощности. Для более точных под-
счетов, например когда пусковая мощность двигателя
близка к мощности трансформатора, следует производить-
геометрическое сложение токов, учитывая по данным
каталогов cos (р пускового тока асинхронных двигателей
с короткозамкнутыми роторами, а также синхронных дви-
гателей при асинхронном пуске (см. пример 4-1).
Особый случай пикового тока составляет ток при груп-
повом самозапуске двигателей (см. § 14-2).
Для прокатных двигателей постоянного тока пиковая
нагрузка ограничивается 2,5—2,75-кратной величиной по
условиям коммутации на коллекторе якоря. Для асин-
хронных и синхронных прокатных двигателей предельная
пиковая мощность определяется из условий устойчивости
по максимальному (опрокидывающему) моменту и при
специальном исполнении синхронных двигателей может
достигать 4—4,8-кратной поминальной.
Для дуговых сталеплавильных электропечей пиковая
нагрузка бывает при обвалах шихты и коротких замыка-
ниях на электродах в период расплавления и может дости-
гать 3—3,5-кратпой величины номинальной мощности
трансформатора печи. Пиковая пагрузка, обусловленная
коротким замыканием, практически получается чисто
реактивной и неустойчивом Она длится несколько секунд,
145
необходимых для автоматического подъема электродов и
вывода их из положения короткого замыкания, и повто-
ряется с интервалами в десятки секунд за весь период
расплавления шихты. Эта пиковая нагрузка несимме-
трична по фазам и содержит в кривой тока нерегулярные
высшие гармоники.
При наличии технологической связи между отдельными
прокатными двигателями пли между отдельными дуговыми
электропечами, работающими по достаточно жесткому
технологическому графику, суммарный график пиковых
нагрузок может быть построен шт основании технологи-
ческого графика.
Если технологическая связь не является жесткой и
пики возникают случайно, то суммарный график пиковых
нагрузок для группы прокатных двигателей пли дуговых
электропечей определяется специальным расчетом с испол ь-
зованием вероятностных методов. К последним относятся
теории случайных процессов и массового обслуживания,
с помощью которых выполняется математическое модели-
рование графиков пиковых нагрузок.
Особую проблему составляет расчет нагрузок машин
контактной электросварки. Для них предельной пиковой
нагрузкой согласно ГОСТ 297-61 является максимальная
мощность, соответствующая короткому замыканию вто-
ричной цепи машины при наибольшем вторичном напря-
жении СЛмакс» При токе короткого замыкания электродов
Амане пиковая мощность, кВ-Л,
пик — ^к.з = ^Амакс-Амакс
Величина Амане указывается на паспорте машины п
соответствует поминальной ступени напряжения, в то
время как в формуле (5-26) берется максимальное напря-
жение. В зависимости от конструкции машины величина
кратпостп пика короткого замыкания колеблется от 1,2
до 2—3 и даже выше. Режим короткого замыкания элек-
тродов машин контактной сварки не является рабочим,
реально наблюдаемые величины кратности пиков состав-
ляют от 0,7 до 1,2—2.
В дальнейшем отношение пиковой мощности в момент
сварки к номинальной мощности сварочной машины обо-
значим коэффициентом загрузки
' Л’3 = ^нь$1.
(5-26)
146
На машинах точечной и рельефной сварки Sumi соот-
ветствует рабочему сварочному току, продолжающемуся
несколько периодов и остающемуся при управлении син-
хроПйыми контакторами постоянным по величине
Рис, 5-8. Осциллограммы тока и напряжения точечной
сварочной машины типа 'ГСК-75.
(рис. 5-8—5-11). При асинхронных контакторах па «9Ш1К
накладывается апериодическая составляющая. На маши-
нах стыковой сварки с оплавлением 5ипк имеет место
в момент осадки, как показано па рис. 5-13.
Рис. 5-9. Осциллограммы тока и па пряжения точечной сварочной
машины типа ТТБ-75.
Практически величина 5ПИК зависит от многих факто-
ров — режима работы, раствора электродов, сорта стали,
ступени напряжения п др.
Рис. 5-10. Осциллограммы тока и напряжения шовной сварочной
машины.
Машины контактной сварки относятся к потребите-
лям с резко переменным режимом и создают пиковые
нагрузки с большой частотой, вследствие чего в сети
возникают колебания напряжения, недопустимые для пита-
ния освещения п радиоприборов электроники. Согласно
147
Г()С I 1310*1 $7 колебания напряжения у ламп (о 1,5% при
наличии резко переменных нагрузок не ограничиваются
частотой (см. пример 4-2). При других частотах колебании
напряжения ограничиваются величиной v, 1 6 и, %,
где п — число колебаний в час. Па рис. 5-12 приведены
кривые влияния мигания света в зависимости от колеба-
ния напряжения и частоты колебаний по материалам IEEE
0,8 1,А.
520-
2200
1^80-2 000
±±0-1600
-1600
3BO'i±oo
320 -
280 -1200
2(^-1000
- 1 действ ~1765А при ЛВн~80 %
200
160
120
80
±0
О -
800
600
±00
^действ"^0*
при П8^2В7с
L 200
о
0,±с«
- 1 - 1
ТпаузыЧЗс
3,5
toc^°fSC
t циклам !7}±с
Ри< 5-И. График нагрузки стыковой сварочной
м нипны с онливлсввем тина ССМ-750.
(Л. 1-16), из которых видно, что наиболее чувствительная
дли глаза частота мигания составляет 5—8 раз в секунду.
При повышении частоты до «частоты слияния» (42 раза
в секунду) глаз не различает мигания, что используется
в кинотехник •, где глаз вп (ит непрерывное изображение.
Почти все машины контактной л.тектросварки являются
однофазными с повторно-кратковременным режимом ра-
боты. Работая в группе, они создают суммарный график
в виде случайных ников большой частоты и малой продол-
жительности с паузами, заполненными некоторой средней
нагрузкой (рис. 5-2). Общепринятый получасовой расчет-
148
ный максимум нагрузки здесь пе применим, и расчет для
машин контактной эле к г рос варки следует вести для сле-
дующих видов нагрузки:
1) средней — для учета расхода электроэнергии и вы-
бора средств компенсации реактивной мощности;
2) среднеквадратичной — для выбора элементов сети
по нагрешу;
3) пиконой — для проверки выбранных но нагреву
элементов но колебаниям напряжения.
ним с Гц (при 60Гц)
Рис. 5-12. Кривые мигания света»
I — порог |1 ЛДраЛчСНИН. f — порог НИДНМОСТП ЧИГОИИЯ. Л1
ешкхл Л — частота ко-иАншИ. /« — время между козебмиишм.
Для расчета средних нагрузок предварительно все
машины распределяются по фазам АВ, ВС и С.1 таким
оора юм, чтобы получип» наиболее равномерную нагрузку.
Определяются средние мощней ти отдельных одноточечных,
шовных и рельефных машин но формуле
ж 5С 2=2 AJi В^8пасп, (5 27)
гдеsliaClI— паспортная мощность сварочной машины, кВ -Л;
Л3— коэффициент загрузки сварочнои машины, отн. ед.;
НВЛ ттйк100о6 — фактическая продолжительное п>
* 3IXKJ
149
включения, /св — время снарки, с; Л — число детален,
спариваемых п час.
Рекомендуемые пределы средних значении Аэс и
полученные и результате статистической обработки
материалов обследований юиствующих установок, при-
ведены в табл. 5-6 [Л. 5 б].
Таблица
Виды MBUUIN Режим 1>аАоты Лз. С.» отв ед. оти ед.
Точечные поднес- вын Точечные стацио- нарные Рельефные Рельефные Шовные (ролико- вые) Miioiotomi чные Стыковые (сварка оплавлением) (лыковые (сварка оплавлением) < .тыконыс (<-нарка оплавлением) Полуавтомати- ческий Го же » » Лвтомитвчсскпй Полуавтомат ii- чес к ни Автоматический Ав1оматич<чккй Полуавтомати- ческий Автоматический 1—1,2 0,8-1,0 0.8-1.0 0.7—О.9 0,7—U.8 0.9 Гн 0.5—0,7 0.3- 0.5 0.02-0.03 0.03—0.05 0.03—0.05 Равна наспортпой То мл» О.005—0.02 Равии писиортпой 0.15—0.3
0.9-1 2 0.3—0.5 0.02—0,03 Равна ||.1<11О|>Т11ПЙ
03-1.0 6,01—0.02
Н pH MV ч (I II ни. I Дли стыковых МИШИН II числи геле уки-шпы ,чанные
ДЛИ спадин <>II.*HIII.*1C1IUH, И ЗнаменаII ле —- ДЛИ СЫПНИ оеад|:||
2 Прицеленные в таблице статптгнскне шшм лтели величины h
и //Лф с ипыслтсл к огсчгстаснным машинам 11|м>дннр1пеЛ1.ные исслгдовд-
ИНН импортных точечных II многоточечных МИШИН НОКП1ПЛП, что дли точечных
иодпгеных машин К31."2 при ПЛф вЗ-г-'%, длн точечных стационарных
л .г “О’05 ИР“ ПВф , «Зт-'Ч и Для многоточечных В автоматическим
режиме Кл д, 1,5 при ПВ^ с «-0,2 ~ 1%.
Для многоточечных машин средняя мощность
*^с в А а. с^/^ф. с^^пнсв» (5-28)
где Л'зс — средний коэффициент загрузки сварочных
ip«iii<формаюров машины; ///Зфг — фактическая продол-
жительность включения данной группы сварочных транс-
форматоров; т — число трансформаторов в группе, вклю-
чаемых одновременно.
Средняя мощность одном стыковой сварочной машины
с оплавлением
А с
(5-29)
150
гдр £под. «^опл и SOc — мощности па стадии подогрева,
оплавления и осадки; /11ОД. /О1Ь1 и /<>с — время подогрева,
оплавления и осадки, с; /н — вр'мя цикла сварки, вклю-
чай паузу, С.
Значения мощностей и времени подогрева, оплавления
и осадки зависят от сечения свариваемого металла и опре-
деляются по кривым рпс, 5-13; полное время цикла зави
сит от заданной производительности — числа изделии
в час.
Рис. 5-13. Зависимость мощиости и времени сварки
on IН1ЛРНП0М с подогревом от сечении свариваемою ме-
талла.
Оощая средняя нагрузка на плечи фаз, например 1/7,
п
$С(АВ) =
I
гдр и — число машин, подключенных, к данной царе фаз;
SCJ — средняя мощность отдельной машины.
Среднеквадратичная нагрузка для о ^поточечных, шов-
ных п рельефных машин
‘S'cK & 3 I ^^ф^ПЛСП* (*>"30)
Для многоточечных сварочных машин
*> СК ” ™ А в I 7/ /7ф Я|Н1С!1’ (5-31)
где гп — число трансформаторов, включаемых одновре-
менно,
151
Для стыковых сварочных машин
ri 1 /Г'^ЦОД^ПОД ”Ь *$ОПЛ *ОПЛ “Ь *^ОС%С
*JCK— I 7 •
г <Ц
Среднеквадратичная нагрузка плеч фаз АВ,
(5-32)
ВС, С А
(5-33)
При небалансах нагрузок по фазам не выше 15 % экви-
валентная трехфазпая нагрузка принимается равной троп-
ной нагрузке наиболее загруженной фазы, а при небалансе
более 15% определяется по формуле (5-19).
Для расчета групповых пиковых нагрузок, т. е. нало-
жения пиков нагрузок отдельных машин, используется
математический аппарат теории массового обслуживания.
Согласно этой теории процесс включения сварочных машип
и их работа рассматриваются как случайный поток состоя-
ний системы [Л. 5-6].
Пусть имеется п сварочных машин и необходимо опре-
делить вероятность случайного совпадения включения т
из них, где 0 с т < п. Если в момент времени t свароч-
ная машина отключена, то вероятность того, что опа будет
включена (поступит требование — по терминологии ука-
занной теории) до момента t AZ равна ХА/ плюс прене-
брежимо малые члены (при А/ —► 0), где X — параметр
потока — выражает среднее число включений (требова-
ний) в единицу времени:
^паузы
Если в момент t сварочная машина включена (обслу-
живается), то вероятность того, что опа будет отключена
до момента t — AZ равна рА/ плюс пренебрежимо малые
члены (при AZ -> 0), где ц — параметр обслуживания —
выражает среднее число включенных машин (обслужива-
ний) в единицу времени:
1
Н=7~.
*св
где /св — время сварки.
Будем считать, что система находится в состоянии Е1Г,
если включено т машип. Всего при п машинах возможно
конечное число (п + 1) состояний системы
152
Если система находится в состоянии Ёт, то п — т
машин по работают и вероятность включения еш.е одной
машины (требования) в интервале Д£ равна (п — т) ХЛ/
плюс пренебрежимо малые члены (при Д? -> 0). Веро-
ятность же того, что одна из т сварочных машин будет
отключена, равна mpAt плюс пренебрежимо малые члены
(при Д£ —> 0).
Описанная схема процесса соответствует по теории
массового обслуживания одной из «схем типа процесса
размножения и гибели», в которой поток и обслуживание
подчиняются закону Пуассона, а очередь никогда пе обра-
зуется, так как отказов требованиям нет. При этом к1П
п ц являются функциями переменной:
Л/п == (п — т) X и рт = тр..
В теории массового обслуживания показано, что рас-
пределение случайной величины т в этом процессе под-
чиняется биномиальному закону, выражаемому для веро-
ятности совпадения включения т машин формулой
р 1 \т! ** 7t'w
Для сварочной нагрузки
1
X r tVD ГТ IT •
1 I 1 ^СВ'Ь^ППуЗЫ Ф5
Ч1Яузы ^св
1
И ___ ^св ________ ^паузы ____//р
и 1 1 t -i-t А
Л-р И 1 I 1 ‘ев Ж‘паузы
------Р
‘паузы zcb
Тогда вероятность совпадения работы т машин из
общего числа п при данном ПВ^
Рт = (1 - ПВф)п~т. (5-34)
Эта вероятность регламентируется условиями техно.ic-
гии сварки и соответствует допустимому проценту брака от
понижения напряжения ниже предельно допустимого.
Рассчитав сеть на допустимую потерю напряжения при
совпадении пиков т машип, получим процент брака от
недопустимой потери напряжения, равный вероятности
Р ь. Допустимый процент брака сварки зависит от назна-
153
Чепия изделия и в среднем может быть принят 0,01 %
(Р„, = 0,0001).
Для практических расчетов можно пользоваться веро-
ятностью Рт — 0,01 для машин, включенных, например,
на фазы АВ и ВС. Тогда вероятность суммарного пика
Рис. 5-14 Кривые вероятности для опре-
деления количества одновременно работа-
ющих сварочных машин.
в фазе В от присоединенных к фазам А В и ВС машин будет
равна произведению этих вероятностей:
Ртв ~ 0,01 -0,01 —0,0001.
На рис. 5-14 приведены кривые значении Ргп в зави-
симости от ПВф и общего числа машин п при вероятности
совпадения 0,01.
При одинаковой мощности машин расчетный пик лю-
бой пары фаз, например ЛВ,
п
Вц(АВ) ~ ТГ ' -^зг^паспь
1
154
где tn — число одновременно работающих машин (по
кривым рис. 5-14); п — число машин, подключенных к дан-
ной паре фаз; K3i — коэффициент загрузки каждой сва-
рочной машины; snaCn — поминальная мощность каждой
сварочной машины, кВ-А.
При различных мощностях машин и ПФ$ расчет пико-
вого тока, создаваемого наибольшими машинами, произ-
водят в следующем порядке:
а) все машины, подключенные к данной паре фаз, раз-
биваются па группы с одинаковыми мощностями и ПВф
числом 7iA + п2 ~г ... = п;
б) по кривым рмс. 5-14 определяется количество одно-
временно работающих машип т для каждой группы машин
в отдельности;
в) подсчитывается среднее значение ЛВ$С для всех п
машин, подключенных к даппой паре фаз по формуле
пв*,с = явф»л»+^+- . (5-35)
-г) по кривым рис. 5-14 определяется количество т
машин, одновременно работающих из общего числа пмашин
при 7/Вфс;
д) при известном количестве одновременно работающих
машин в каждой группе гщ выбираются группы с наиболь-
шими мощностями пика, начиная с самого большого, до тех
пор пока сумма числа совпавших машин в группах не
будет равна т — тг -р т2 -|- ... -р тпА
е) для всех выбранных групп, участвующих в расчет-
пом пике, определяется пиковая нагрузка
Sm2 = m2sa2 пт. д.,
где $щ — пиковая мощность одной машины даппой группы;
тг — число машин даппой группы, участвующей в рас-
четном пике;
ж) определяется расчетный пик для данной пары фаз,
например АВ,
k
= (5-36)
1
где к — число групп, участвующих в расчетном пике.
Пиковая нагрузка для линейного провода определя-
ется по обычной формуле, соответственно пикам двух пар
фаз, например в фазе В,
^п(В)=1 ^ц(ав) + ‘^п(ВС)-г*5'п(абА(ВС), (5-37)
155
линеи-
где Sn(AB)'> 8п(вс) — пиковая нагрузка для пары фаз ЛВ
и для пары фаз ВС.
Как указано, пиковая нагрузка фазы В соответствует
вероятности появления 0,0001.
Пиковый линейный ток
т _$п(В)
Лп(В) и,
где б’п(В) — пиковая нагрузка фазы, кВ «А; Un
пое напряжение, В.
Средняя длительность расчетного пика,’ с,
_ ЛВФ.С(1-Ш?Ф.()
“ Хс [ю (1 - Мф. с) + (п - т) ПВф, с] ’ .
где
* А1+Л34-...-[-Л„
— средняя частота включения п машин.
Величины X находятся по числу включений
для каждой машины, 1/с,
7 __ А
~ 3 600
Число пиков в час
Р1ЛВ- 3 600 0,36
в
час N
(5-39)
Примеры расчетов пиковых нагрузок приведены в при-
ложении Ш.
Пользуясь указанными формулами, можно определить
величину и частоту пиковых нагрузок машип контактной
сварки, допустимых по условиях требований качества
напряжения с точки зрения его колебании.
Среднеквадратичные нагрузки от сварочных машин,
определяющие нагрев проводников, складываются с мак-
симальными нагрузками прочих электропрпемников гео-
метрически (отдельно активные и реактивные). Последние
определяются для сварочных нагрузок по значениям
cos <р tg ф, приводимым в справочниках.
Применение ЭВМ позволяет произвести расчеты с еще
более высокой точностью, пользуясь методом статисти-
ческого моделирования графиков нагрузки или методом
Монте-Карло. Имеются разработанные моделирующий
алгоритм и программа для такого расчета [Л.5-7]. По этому
156
методу рассчитываются средняя, среднеквадратичная и
пиковая нагрузки, а также частота и продолжительность
пиков машин контактной сварки с любой формой инди-
видуальных графиков нагрузки. Поэтому этот метод
в первую очередь следует применять для стыковых машин
с оплавлением, имеющих многоступенчаты»! график на-
грузки. 13 машину вводятся исходные данные, включая
индивидуальные графики нагрузок. Машина строит реа-
лизации случайных суммарных графиков нагрузки, выра-
батывая случайное время включения отдельных^машпн па
временной оси графиков. Для получения точности расче-
тов в пределах 2—5% число реализации следует брать не
менее 100—200.
5-7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ ТОКА В ПРОВОДНИКАХ
II ЭКОНОМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА ТРАНСФОРМАТОРОВ
В 1930—1940 гг. вследствие дефицита цветных мета »-
лов сети промышленных предприятий рассчитывались по
нагреву по предельным допустимым нагрузкам.
В настоящее время установлены предельные значения
(в сторону увеличения) экономическом плотности тока J3
для различных проводников согласно табл. 5-7 [Л.1-2].
Для кабелей с медной жилой напряжением 110 кВ,
по данным Эпергосетьпроекта, экономическая плотность
тока при 7’м = 3 000 -ь 5 000 — 3,35 А мм2.
Для го 1ых токопроводов напряжением 6—10—35 ьВ
экономическая плотность тока принимается 0,5—0,6 А мм2;
при напряжении до 1 000 В до 0,4—0,5 А мм2 (для электро-
лиза).
При максимальном токе и числе часов использова-
ния максимума нагрузки по соответствующей опре-
деляется экономическое сечение ($эк, мм2): $эк ~ fu/Ja*
которое округляется до ближайшего стандартного сече-
ния. Согласно ПУЭ по экономическим плотностям тока
для нормального режима работы должны выбираться
сечения проводников всех сетей напряжением выше
1 000 В (кроме сборных шин).
В сетях напряжением до 1 000 В по экономической
плотности тока согласно ПУЭ не рассчитываются: а) сети
промышленных предприятий при до 4 000—5 000 ч;
б) все ответвления к отдельным электроприемникам и осве-
тительные сети; в) временные сети со сроком службы
3—5 лет п г) сети, соединяющие пусковые сопротивления,
157
Тиб miju >5-7
Про нод н н к Экономическая плотность тока, Л/мм», при числи члени исполь- зовании максимума нагрузки
IfMXl -ЗСОП 1 м 3 (ЮЛ-5 И и) 5 (ХЮ—8 7Г.0
Голые пронодл я шины модные То же алюминиевые: 2,5 2.1 1,8
Ев|м>пейская часть (Х’.СР, Закав- казье, ЗабайкА.’яю я Дальний Восток 1,3 1 1 1,0
Центральная Сибирь, Казахстан и ( ]ЮДИЯИ Азии 1.5 1,4 1,3
Кабе.ш с бумажной я щюлода с ре- зиновой и ito.uix.TopnuiiH.ioBoH изо- ляцией с медными жилами То ;ко с алюминиевыми жилами: 3.0 2.5 2,0
(европейская часть (ХХЛ*. Закав- казье. Забайкалье и Дальний Восток 1,6 1.1 1.2
Цып ральная Сибирь, Казахстан я С|юдняя Алия 1,8 1 6 1.5
Кабели с релиновой и пластмассовой изоляцией с mi днымп жилами То же с алюминиевыми жилами: 3.5 3,1 2,7
Ещюпейская часть СЯ.Р, Закав- казье, Забайкалье и Дальняя Восток 1.9 1.7 1.6
Цен тральная Сибирь, Казахстан и Средняя Азия 1.2 2.0 i,d
реостаты и т. ». Это не всегда оправдывается, в особен-
ности для ответвлений к длительно работающим электро-
приемникам.
В сетях напряжением ди 1 U00 В применение эконо-
мической плотности тока особенно актуально п установ-
ках электролиза, для которых Д принимается для шино-
проводов из меди 0,8—1 \ мм- и алюминия 0,4—0,5 А мм-.
Для сетей повышенной частоты экономическая плот-
ность тока по нормирована; пока имеются только предло-
жения об учете специфики работы проводников прп повы-
шении частоты (см. § 6-12), которая приводит к более
повышенным плотностям J;), чем при частоте 50 Гц.
Для магистралей при максимальном расчетном токе
начального участка lv с п нагрузками, распределенными п»
всей длине, экономическая плотность тока для начального
158
участка по тиол. 5-7 новышается на коэффициент увели-
чения А)!
где /х «= Д Ч- Л 4- ... 4- fn — токи нагрузки отдельных
участков; Лх ~ + А2 4~ ... 4* Ап — длины отдельных
участков.
При определенных условиях технико-экономические
расчеты могут показать целесообразность дальнейшего
снижения плотности токи по сравнению с данными табл.
5-7 в целях снижения потерь электроэнергии для отдель-
ных видов электросетей (например, токонроводов).
Д штелыюе время основным критерием для выбора
мощности трансформаторов была расчетная нагрузка по
нагреву, в настоящее время признана необходимость вы
бора трансформаторов не только по нагреву, но и по
экономической загрузке. При максимальной нагрузке 5М
при выборе мощности одного или группы трансформаторов
необходимо проводить технико-экономический анализ,
сравнивая варианты возможного повышения их мощностей
по сравнению с ближайшими стандартными, в целях сии
ження потерь и получения наиболее» эффективного канны
ловложеиия. Величина экономической загрузки зависит
от степени резервирования, числа часов использования
максимума нагрузки Тм, стоимости электроэнергии, темпов
роста нагрузки и других факторов, учитываемых в тех-
нико-экономических расчетах.
Как правило, экономическая загрузка трансформа-
торов при существующих в настоящее время технических
данных и стоимостей трансформаторов ниже поминальной
на 15—25%.
Аналогичное положение при выборе мощностей и коли
чес тиа преобразовательных агрегатов для получения посто-
янного тока или токов высокой частоты, ио в меньшей сте-
пени. так как* эти агрегаты более дорогие.
5-8. ПОТРЕБИТЕЛИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Различные I руины потребителей электроэнергии обла-
дают различными характерными коэффициентами мощ-
ности, т. е. потребляют реактивную мощность в неодина-
ковых количествах. Для лучшего усвоения процесса
159
ооразовапия реактивных нагрузок рассмотрим, как они
формируются. В соответствии с пределами точности рас-
четов, установленными для активных нагрузок, при
определении реактивных нагрузок и построении их гра-
фиков во многих случаях нет необходимости учитывать
реактивные потери в реакторах и линиях электропере-
дачи.
К потребителям реактивной мощности промышленных
предприятий относятся установки, в которых опа необ-
ходима для создания магнитных полей: 1) асинхронные
двигатели; 2) сварочные машины; 3) трансформаторы
подстанций, электропечей и преобразовательных агре-
гатов; 4) автотрансформаторы. Кроме того, реактивная
нагрузка образуется сдвигом фаз тока и напряжения при
работе вентильных преобразователей с естественной или
искусственной коммутациеп.
Для замеров реактивных нагрузок характерных групп
потребителей обычпо используются счетчики реактивной
энергии, показывающие интегральную величину за время
Г, квар-ч,
т т
V = \UI sin dt= Q dt.
б о
При 71 = Ты определяются расход реактивной энер-
гии за наиболее загруженную смену и срсднесмеппая
реактивная нагрузка (?см при Т = 30 мин (расход реак-
тивной энергии за 30 мин) и соответствующая величина
ре а кти иного ма кс i ьму ма.
Понятие «реактивная энергия» является условным и
неточно отражает сущность физического процесса в трех-
фазных сетях переменного тока ЦТ.12-2]. ^Особенно это
имеет значение при несимметричных и песипусондальных
режимах электрических сетей. Несимметричные режимы
имеют место при работе однофазных элсктроприемников,
несинусоидальные режимы получаются при работе вен-
тильных преобразователей с естественной и особенно с ис-
кусственной коммутацией, сопровождающейся сдвпгом
фаз тока и напряжения, иногда несимметричным по фазам.
При несимметричном режиме получаются реактивные
нагрузки прямой, образной и нулевой последовательности,
которые могут быть скомпенсированы только мощностью
своей последовательности. Наличие высших гармоник при
несинусоидальпом режиме обусловливает реактивную на-
грузку искажения (см. § 8-5).
160
Счетчики реактивной энергии дают правильные пока-
зания только при симметричных и синусоидальных режи-
мах, однако из-за отсутствия более точных приборов эти
счетчики имеют широкое применение при расчетах за
электроэнергию. В дальнейшем частично используется
термин «реактивная энергия» с учетом его условности.
Развитие индивидуального привода, приведшее к широ-
кому применению двигателей малой мощности вместо
применявшихся при групповом приводе мощных двига-
телей, явилось причиной ухудшения коэффициента мощ-
ности; в то же время оно дало
снижение расхода активной энер-
гии за счет ликвидации потерь
в механических передачах и, глав-
ное, выигрыш в производитель-
ности технологических механиз-
мов. Поэтому, чем глубже идет
процесс электрификации сложных
машин, чем меньшие применяют-
ся двигатели, тем ниже полу-
чаются значения cos <р, что не
означает, однако, технического
регресса.
На рис. «5-15 даны характери-
стики асинхронного двигателя
мощностью 5,1 кВт в относитель-
ных единицах. Как- видно из
характеристик, потребление реак-
тивной мощности состоит из по-
стоянной слагающей Qv (ток намаг-
ничивания) и переменной слагаю-
щей <21 (поток рассеяния), пропорциональной квадрату
загрузки, так что Q — Qo 4- Л^. Так как Q(i составляет
60—85% Q, потребляемой реактивном мощности при пол-
ной нагрузке, то Q мало зависит от нагрузки двигателя
и при увеличении последней от 0 до максимальной воз-
растает всего на 20%. Поэтому двигатели механизмов,
работающих с прерывистой нагрузкой без отключения,
имеют очень низкое средневзвешенное значение коэффи-
циента мощности.
Так, например, тихоходный двигатель прокатного
стана с номинальным коэффициентом мощности 0,6 имеет
средневзвешенный коэффициент мощности 0,3—0,35, что
следует учитывать при выборе типа тихоходного про-
Рис. 5-15. Изменение ха-
рактеристик асинхрон-
ного двигателя в зависи-
мости от его нагрузки.
1 — потребляемая активная
мощность; 2 — мощность на
валу; з — потребляемая ре-
активная мощность.
6 Мукосеев 10. Л.
1G1
катною двигателя или другого приводи с холостыми
ходами.
Недогрузка асинхронного двигателя снижает его коэф-
фициент мощности, однако это вовсе не означает, что нац
более экономичный режим асинхронного двигателя будет
при 100%-ной нагрузке. При загрузке асинхронного
двигателя на 70% и выше замена его на двигатель меньшей
мощности яв 1ЯСТСЯ нецелесообразной; при более низком
проценте загрузки (до 45%) вопрос о целесообразности
такой замены решается технико-экономическим расчетом;
только при нагрузке шоке 45% замена на двигатель мень-
шей мощности всегда целесообразна.
Подсчет реактивных нагрузок производится но формуле
(5-13), где значение 1g ср соответствует cos ср каждой харак-
терной группы. Наиболее низкое значение cos (р имеют
такие потребители элект ро >nvpi ни, как металлорежущие
станки, краны, сварочные м.инииы и особенно 1 ранг форма-
торы дуговой сварки. У последних значительное спи кеипе
с|Ж‘Дисвзввшеппого значения коэффициента мощности полу-
чается вследствие поотключаемых холостых ходов. Индук-
ционные печи промышленной частоты работают с индиви-
дуальными конденсаторными батареями при соя <[, близ-
ком к единице.
Крупными потребителями реактивной мощности явля-
ются мощные дуговые и ферросплавные электропечи за
счет повьпш иного реактивного сопротивления трансфор-
ма торов и за счет индуктивности короткой сети, для сни-
жения которой применяется продольно-емкостная ком-
пенсация (см. § 12-2). Зна'штельнымп потребителями
реактивной мощноеIи являются также трансформаторы
заводских подстанций; реактивная мощность, потребля-
емая ими, при полной нагрузке составляет до 10,5% и
выше номинальной мощности трансформаторов.
5-9. ГРАФИКИ НАГРУЗОК И ПОТРЕБЛЕНИЯ ХКТНВ1ТОЙ
И РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Построение суточных и годовых графиков активной
и реактивной нагрузок необходимо для выбора питающих
предприятие генераторов ТЭЦ или трансформаторов ГПП,
для подсчетов годового потребления активной и реактив-
ной шергпи и решения вопросов компенсации реактивной
мощности и регулирования напряжения.
162
Суточные графики на действующих предприятиях стро-
ятся по записям показаний счетчиков активной и реак-
тивной энергии, производимым через каждый час в тече-
ние суток, начиная с 0 До 24 ч (рис. 5-1G). Графики дают
Рис. 5-10. Суточные iрафики активной и реактивной па
1рузок.
Рис. 5-17. Деталь по-
строения графиков
нагрузок
а — правильно; б — нс-
npai панно.
средние значения нагрузок в течение часа и должны стро-
иться ступенями, а не ломаными линиями (рис. 5-17).
Наиболее непостоянной составляющей в графике явля-
ется осветительная нагрузка, зависящая от гсографи
чгской широты, времени суток и года; поэтому для п]«д-
приятйя строятся характерные графики активных и реак-
тивных нагрузок для зимнего и лет-
него рабочих дней.
После подсчетов всех активных
и реактивных нагрузок с учетом
знаков последних для синхронных
двигателей и реактивных потерь в
трансформаторах получают суммар-
ные максимумы активной и реак-
тивной на грузок и соответствующее
максимуму значение коэффициента
мощности. Но этим максимумам
строят суточные графики активной, реактивной и полной
нагрузок.
При проектировании наиболее простым получается
построение графиков при иалнчпп характерных графиков
Для аналогичного действующего предприятия, активных и
реактивных нагрузок без компенсирующих устройств и
6* IB3
сохранении общего характера производства на будущее
время. В этом случае ординаты графика пересчитываются
пропорционально максимумам. В график могут быть вне-
сены коррективы, если известна работа но времени отдель-
ных крупных установок, например мощного двигателя
компрессора или насоса, электропечи и т. д.
При отсутствии характерных графиков следует строить их по
элементам. График освещення строится в зависимое-]и от времени
года и географической шпроты района промышленного предприя-
тия с учетом работы смен предприятия. Затем строится график
для силовой пагрузкп с учетом обеденных перерывов, роста и спа-
дания нагрузки в начале и копне смены, л также количества смев
и процента производственной загрузки по сменим. Графики на-
грузки крупных потребителей могут быть построены по данным тех-
нологического процесса. При построении графиков нагрузок не
обходимы ознакомление с технологическим процессом цехов пред
приятия и выявление всех особенностей, могущих существенно
повлиять на суточный график нагрузки, — например длитель-
ность реакции в химических производствах, цикл работы дуговой
электропечи п т. д. Влияние времени года также должно быть уч
тено, поскольку летом отсутствует расход эпергнн па отопительные
системы, повышается расход поды па охлаждающие системы к пр.
Ординаты полученных таким образом графиков суммируются и
составляют ординаты графика нагрузки предприятия в целом.
Затем графики проверяются по отчетным данным действующих
предприятий.
Графики реактивной нагрузки строят приближенно, исходя
на постоянства соч <( в течение суток (при отсутствии специальных
компенсирующих устройств) и пользуясь графиком активных на-
грузок. Нрп этом получается небольшая ошибка, величина которой
завш пт от доли потребителей чшто активной нагрузки (освещения,
плектропечи нагрева, синхронные двигатели с соч q = 1 и т. и.),
которой можно пренебречь.
Для суточных графиков (рис. 5-16) характерцы сле-
дующие вел ич ины:
1) часовые максимумы активной и реактивной нагрузок
Рм, кВт, и (?м, квар;
2) коэффициент мощности максимума cos tpM, соответ-
ствующий 1g <рм г= рм;
3) суточные расходы активной и реактивной энергии
И’сут, кВт-ч и Р’сут, квар-ч;
i) средневзвешенный за сутки коэффициент мощности,
соответствующий tg Фсут — I сут/И'сут;
5) коэффициенты заполнения суточного графика актив-
ной и реактивной нагрузок
т _ И’Сут _ 1'сут
' м.сут — 1 м.р.сут— <пл •
• м • *-* vm
Годовые графики пот|М?блення активной и реактивной
энергии бывают двух видон — по месяцам и упорядочен
ш«в‘. Первые показывают потребление энергии в течение
года по месяцам, начиная с января и кончая декабрем,
м характеризуют сезонность работы предприятия. На
рис. 5-18 показаны характерные графики по месяцам
машиностроительного и химического предприятий. Для
первого характерным являются спадание расхода анер-
гии в летние месяцы за слет.снижения осветительных и
отопительных нагрузок и повышение расходов анергии
а) Я
Рис. 5-18. Годовые графики расход.» энергии.
а — мпипшостронтельнАЯ промышленность, б — химическая промышленность.
в осенне-зимний сезон.
В графике предприятий химической промышленности
летний провал менее заметен, а бывает, что максимально!
потребление электроэнергии приходится на наиболее
жаркие летние месяцы вследствие резкого возрастания
нагрузок, связанных с производством холода.
Имеются предприятия (например, сахарные заводы,
торфонродпрнятия), которые работают несколько месяцев
в году, что отражается в месячных графиках.
Годовые графики упорядоченные пли графики по про-
должительности строятся по убывающим ординатам актив
ной и реактивной нагрузок в течение года (рис. 5-19).
Для годовых графиков кроме максимумов нагрузки Рм
11 См характерны следующие величины:
1) годовой расход активной и реактивной энергии
И'г, кВт-ч, Уг, квар-ч, изображаемый площадью годового
графика;
1G5
2) число часов использования максимумов активной и
реактивной нагрузок
1 м — г/^м и Ты. р = V г/^м;
3) средневзвешенный коэффициент мощности cos Фг,
соответствующий tg Фг = Vv!Wr.
Величины Тм = 7м/8 760 и Тыр = 7^/8 760 выра-
* *
жают соответственно коэффициенты заполнения годовых
графиков активной и реактивной нагрузок.
Pm .5 19. Годовые упорядоченные графики расхода активной
и реактивной энергий.
Величина ТУ[ играет большую роль в расчетах электро-
снабжения при определении годового расхода электроэнер-
гии, экономических нагрузок и др.; опа является харак-
терной для каждой отрасли промышленности.
Рекомендуется определять годовой расход электро-
энергии по выражению Wr = a РСМТГ, где а < 1 — годо-
вой коэффициент сменности по энергоиспользованию
и^Тг — годовой фонд рабочего времени. Для непрерывных
производств а достигает 0,95 (алюминиевые заводы),
для двухсменных предприятий — ниже 0,65 (машиностро-
ение и др.).
Годовой расход активной энергии может быть определен,
если известно соотношение загрузки смен,
1Гг = Рсм [7\ + ₽2Г2 + ₽з^з + РЛ] с, (5 40)
где РСм — средняя нагрузка за наиболее загруженную
смену; 7\ —7\ — годовой фонд вромепп отдельных смен;
Рг—Рт— коэффициенты загрузки-хмен относительно мак-
симально загруженной смены; с < 1 — коэффициент, учи-
тывающий работу в выходные дни, а также месячные и
сезонные колебания нагрузки.
166
Если известен удельный расход электроэнергии на еди-
ницу продукции ггуд и ее годовой выпуск Л/, то годовой
расход энергии, кВт-ч/год,
Wr = ^УДЛ/.
В технико-экопомпческих расчетах по сравнению вари-
антов электроснабжения и в других случаях необходимо
определять потери энергии обычно в течение года.
Для электросетей и реакторов годовые потери энергии
ДЖ = ДРмт = 3PMR • 10-3т, (5-41)
где ДРМ — потеря активной мощпости при максимуме
нагрузки Рм; — максимальный ток, A; R — сопро-
тивление фазы сети или реактора, Ом; т — число часов
использования максимума потерь (время потерь).
Определить точное значение т по выражению
8760 8760
J /2 dt J У- dt
о_________ _о__________
Лаакс м
трудно, так как связано с интегрированием квадрата на-
грузки по току I пли полной мощности 5 за год.
До последнего времени применялось определение т по
кривым (рис. 5-20) в зависимости от Тм и cos ф. С достаточ-
ной для практики точностью можно подсчитать т по выра-
жению, учитывающему коэффициент мощности максимума:
(Т‘ 2
°’12/1+10Иб (5’42)
где Т'м — число часов использования максимума полной
нагрузки 5М, определяемое приближенно но формуле
yw» + v‘_y (Р^Т,,)-+р)2_
* М о с
« м ° м
= VТы cos2 фм + Tg р sin2 фм. (5 43)
Годовые потери активной энергии в трансформаторах,
кВт-ч/год,
ДЖТ = ДРх.Лкл + К1 ДР„.3тт, (5-44)
где Д7\ х — потери холостого хода (потери в стали), кВт;
Увкл — время включения в течение года, ч; ДРКЗ —
167
потери короткого замыкания (в обмотках трансформатора)
при полной нагрузке, кВт; тт — число часов использования
максимума потерь в трансформаторе [определяется по
формуле (5-42)]; К3 — коэффициент загрузки в долях еди-
ницы.
Годовые потери реактивной энергии в трансформаторах
определяются аналогично потерям активной энергии,
квар -ч/год,
ДУт = (Л^вка + ««кТт) , (5-45)
гдо /0 и Un— ток холостого хода и напряжение короткого
замыкания трансформаторов, %,
Рис. 5 20. Зависимость числа часов
использования максимума потерь т
от числа часов использования мак-
симума нагрузки Тм при различные
значениях cos <р.
Активные и реактивные нагрузки промпредприятий
для различных потребителей при отклонении напряжения
от номинального значения изменяются по-разному (рис. 5-21
и 5-22). Кривые изменения активных и реактивных нагру-
зок в зависимос ти от напряжения называются статическими
характеристиками нагрузок. Для основной массы потреби-
телей — асинхронных двигателей — при снижении напря-
жения реактивная нагрузка падает быстрее активной, а при
повышении напряжения реактивпая нагрузка растет быст-
рее активной, в результате чего при отрицательных откло-
нениях напряжения коэффициент мощности нагрузки воз-
растает, а при повышении напряжения падает. Это следует
168
учитывать при построении графиков для периодов малой
нагрузки и при расчетах по регулированию напряжения.
Ошибка в определении мощности конденсаторных батарей,
необходимых для повышения напряжения до нормального
уровня при неучете статических характерпстпк нагрузок,
может достигать 25%. .----——————
Вследствие общего харак-
тера потребления реактивной
энергии асинхронными дви-
гателями (см. § 5-8), как пра-
вило, при отсутствии ком-
Рис. 5-21. Характеристики
активных нагрузок.
1 — асинхронный двигатель; 2 —
электропечь сопротивления; 3 —
ртутно-выпрямите. ьный агрегат с
элсктр о тизером.
Рис. 5-22. Характеристики
реактивных нагрузок.
1 — асинхронный двигатель со
100%-ной нагрузкой; 2— то же
с 60 %-ной нагрузкой; з — ртутпо-
выпрямитсльный агрегат с элек-
тролизером; 4 — мощная карбо-
рундовая печь.
пенсирующих установок и незначительной мощности син-
хронных двигателей имеют место соотношения
4 М.р 4 М»
и tg<pM<tg<Dr.
* М * М1 2 М ’к г
Вследствие этого для большинства групп потребителей
и предприятий в целом средневзвешенное значение есте-
ственного коэффициента мощности (при отсутствии компен-
сирующих установок), как правило, ниже его значения
' в период максимума, т. е. cos (рм >► cos Ф г.
169
После установки компенсирующих устройств получа-
ются новые значенпя’соз <рк и совФк, причем cos cpK>cosOK.
Величины для различных предприятий колеблются
от 3 000—4 000 ч при двухсменной работе с выходными
днями до 6 000—8 000 ч и выше для предприятий с непре-
рывным производством.
Электроэнергия, получаемая предприятиями от энер-
госистемы, оплачивается по двухставочному тарифу в двух
вариантах:
1) за 1 кВ - А установленной мощности трансформаторов
и высоковольтных двигателей плюс за 1 кВт-ч, учтенный
счетчиком;
2) за 1 кВт заявленного максимума нагрузки в период
максимальных нагрузок энергосистемы плюс за 1 кВт-ч,
учтенный счетчиком.
Наиболее прогрессивным следует считать второй вари-
ант — но максимуму нагрузки. Стоимость электроэнергии
будет тем ниже, чем больше или чем выше заполнение
суточного графика. Для повышения заполнения графика
применяются потребители-регуляторы, которые могут ра-
ботать в периоды малых нагрузок и отключаться в часы
максимальных нагрузок, например некоторые электротер-
мические установки, насосные, заполняющие емкости и др.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ
НАПРЯЖЕНИИ ДО 1 000 В
6-1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ II НАРУЖНЫХ
УСТАНОВОК НО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Если окружающая среда в производственных поме-
щениях не оказывает вредного влияния па электросети,
а последние не могут вызвать каких-либо вредных явле-
ний, то такие помещения называются нормаль-
п ы м и. Это сухие, отапливаемые и неотапливаемые
помещения, не опасные по коррозии, пожару и взрыву.
Сюда относятся бытовые помещения цехов, производствен-
ные помещения цехов холодной обработки металлов, сбо-
рочпые, инструментальные и тому подобные цехи.
Помещения с окружающей средой, разрушающе дей-
ствующей на материал проводников п изоляции вследствие
170
присутствия пыли, сырости, газов, паров кислот и щело-
чей, относятся к группе помещений опасных по
к о р р о з и и. Сюда относятся цехи: коксохимические,
доменные, мартеновские, литейные, травильные, древесно-
массные, шлифовальные, обогатительные, сернокислотные,
электролизные и др.
Пожароопасные и взрывоопасные
помещения — это помещения с такой средой, в которой
сама электросеть пли электрооборудование представляют
опасность вследствие возможности пожара или взрыва
из-за перегрева проводки или образования искр. Сюда
относятся помещеппя, в которых имеются пары бензина
или керосина, водород, древесная и мучная мыль и другие
горючие вещества.
Могут быть помещения со средой, опасной в отношении
коррозии и одновременно опасной по пожару или взрыву,
например, если в помещении имеются пары беизина, то
они разрушают резиновую изоляцию, а при искрообразо-
вании приводят к взрыву.
Наружные установки, кроме влажности, в зависимости
от технологического процесса могут также характеризо-
ваться наличием газов и паров, вызывающих коррозию
и опасных по пожару или взрыву.
Классификация помещений с точки зрения опасности
по пожару и взрыву в зависимости от характера производ-
ства приводится в «Строительных правилах и нормах»
(СНиП) [Л. 1-5], где установлено шесть категорий про-
изводств. Из них категории Л и Ь являются взрывопожаро-
опасными, причем Л более опасная; категория В — пожа-
роопасная; категории Д и Г — не опасные по пожару и
взрыву и категория Е — взрывоопасная, но взрыв по
сопровождается пожаром. Однако эти категории опре-
деляют производства и помещения со строительной точки
зрения и лишь частично характеризуют помещения с точки
зрения требований к электроустановкам, которые уста-
навливаются ПУЭ.
п п о яс а р о о п а с и ы м относятся помещения и
наружные установки, в которых применяются или хра-
нятся горючие вещества, не вызывающие взрыва при
воспламенении. Опп разделяются на четыре класса.
В помещениях класса П-I применяются или хранятся
горючие жидкости с температурой вспышки паров выше
45° С (склады масел, масляное хозяйство трансформатор-
ных подстанций и т. и.).
171
К помещениям класса П-1Т относятся такие, в кото-
рых выделяются горючие пыль или волокна, переходя-
щие во взвешенное состояние (деревообделочные цехи,
отделение измельчения ацетилцеллюлозы, склад серы и
сероплавильное отделение в производстве сероуглерода
и др.).
Помещения класса П-Па — помещения для твердых
или волокнистых веществ, не переходящих во взвешенное
состояние (склад деревянных моделей, склад тканей,
бумаги и т. п.).
Установки класса П-III — наружные установки, в ко-
торых применяются или хранятся горючие вещества (от-
крытый склад минеральных масел, угля, торфа, дерева
и т. п.).
К взрывоопасным относятся помещения и
наружные установки, в которых по условиям технологи-
ческого процесса могут образоваться взрывоопасные смеси
горючих газов пли паров с воздухом, кислородом и дру-
гими окислителями, или горючих пылей или волокон
с воздухом (при переходе их во взвешенное состояние);
воспламенение которых сопровождается взрывом. Сюда
же относятся подземные выработки угольных шахт, опас-
ных по газу или пыли.
Если такие установки связаны с сжиганием в них топли-
ва (например, печные отделения газогенераторных стан-
ций и т. п.), или с применением открытого огня пли
раскаленных частей (например, открывающиеся элек-
тропечи) с температурой выше температуры самовос-
пламенения смесей, то они относятся к невзрыво-
опасны м.
Различают две категории взрывоопасных помещений:
В-1 — помещения с взрывоопасными газами, В-11 —
с взрывоопасными пылью и волокнами. Классы взрыво-
опасных помещений различаются также по степени вероят-
ности появления опасности взрыва, что отмечается бук-
вами «а», «б» и «г».
Наиболее опасными являются помещения класса В-1,
в которых появление взрывоопасных смесей газов и паров
может иметь место не только в аварийных, по и в нормаль-
ных режимах, хотя бы кратковременно, например при
загрузке или разгрузке технологических аппаратов.
Помещения класса В-Ia являются менее опасными,
поскольку появление взрывоопасных смесей возможно лишь
в результате аварий пли неисправностей. Помещения клас-
172
са В-16 отличаются от предыдущих тем, что горючие газы
в них обладают высоким нижним пределом взрываемости
(15% и более) и резким запахом даже при малых концен-
трациях, допустимых по сапитарпым нормам. Гак, ядови-
тый п взрывоопасный газ аммиак, применяемый в компрес-
сорах холодильных установок, имеет резкий запах и по
санитарным нормам концентрация его пе должна превы-
шать 0,02 мг/л, илп по объему 0,0000031 % (у = 0,59
кг/л); взрывоопасная концентрация находится в пределах
15—27% по объему, так что образование последней может
быть заранее обнаружено и предотвращено. Иногда во
взрывоопасные газы, по имеющие запаха или цвета, под-
мешивают специальные безвредные газы — «индикаторы»,
обладающие резким запахом пли цветом и сигнализиру-
ющие о появлении опасных газов нрп утечках. К поме-
щениям класса В-16 относятся также такие, в которых
общая взрывоопасная концентрация исключается благодаря
небольшому количеству горючих газов и жидкостей и ра-
бота с ними производится без применепия открытого огня.
Если же работа производится в вытяжных шкафах или
под вытяжными зонтами, то такие установки вообще
считаются псвзрывоопасными.
Наружные установки, в которых взрывоопасные смеси
газов пли паров образуются только в результате аварий или
неисправности, относятся к классу В-1г. Взрывоопасная
зона считается в пределах: до 20 м по горизонтали и вер-
тикали от места открытого слива и пал ива или загрузки и
разгрузки легковоспламеняющихся жидкостей — для эс-
такад; до 3 м от взрывоопасного закрытого технологичес-
кого оборудования и до 5 м от дыхательных и предохрани-
тельных клапанов — для остальных установок.
Таблица 6-1
Класс взрыво-
опасного
помещения
В-1
В-1а
В-16
В-П
В-Па
Класс смежного помещения, отделенного
от взрывоопасного
одной стеной двумя стенами и дверьми, образую-
с дверью щими коридор или тамбур
В jq I Невзрыво- п непожароонасные
Невзрыво- п непожароонасные
В-11а Невзрыво- и непожароопасные
Невзрыво- и пепожароопасные
173
В производствах, связанных с горючими пылью и волок
нами, образующими взрывоопасные смеси, соответственно
различают классы взрывоопасных помещении В И с по-
стоянной возможностью появления .этих смесей п 13-Па,
где последнее может иметь место только при аварии и
неисправности.
Классы помещений, смежных с взрывоопасными, при
отделении их одной стеноп и дверью, снижаются па одну
ступень; при двух стенах с дверьми в ви ю коридора пли
тамбура — па две ctj пени согласно табл. 6-1 (ПУЭ VI1-3-1).
6-2. СХЕМЫ ( ЕТГП НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 000 В
Цеховые сети систем трсхфаэиого тока напряжением до
1 000 В выполняются по схемам: радиальной, магистраль-
ной, смешанной и замкнутой сетки. Сети постоянного тока
напряжением 22U В выполняются по радиальным и маги
стральиым схемам.
Участок элем росети, питающий отдельный приемник
электроэнергии, называется ответвлением, а питающий
Рис. 6-1. Радиальная схема сети.
группы приемников или групп} распределительных' шка-
фов — магистралью. В радиальной сети (рис. 6-1) о г
распределительного щита трансформаторной подстанции
(Til) 1 отходят витающие магистрали к главным шкафам ?,
от которых идут вторичные магистрали к распределитель-
ным шкафам 3 и от последних — ответвления к отдель-
ным токоприемникам 4.
Чисто магистральная сеть применяется по так называ-
емой схеме блок — трансформатор —магистраль (ВТМ)
пли блок — преобразователь — магистраль (BUM) (рис.
174
G 2). В атом случае ня трансформаторной подстанции 7
распределительный щит по ставится, магистраль 2 под-
водится че|И’3 разъединитель или автомат прямо в цех
и от нее отве твленпями питаются токоприемники 3.
В чистом виде обе схемы выполняются редко, обычно
сеть выполняется по смешанной схеме. В последнее
время при расположении
подстанций малой мощно-
сти в центре нагрузки
получила распространение
схема БТМ, иногда со
вто р и ч н ы м и м агист р а л я м и
(рис. G-3). Схема питания
одной линной ряда прием-
ников или силовых шка-
фов называется «цепоч-
кой» (рис. (ь4). «Цепочка»
1 jOj
тпттРЧттппт
3 3
Ряс. G-2. Схема блока трансфор-
матор — магистраль (БТМ).
на ответвлениях применяется при малых мощностях при-
емников и количество их не более трех-четырех, а также
при стабильном расположении. При нестабильном рас-
положении технологического оборудовании «цепочка»
является неудобной и может применяться только для
питания двигателей мощностью до 1—2 кВт.
Тонн НН НН,
2
Рис. 6-3. Схема БТМ со вторичными магистралями.
1—трансформатор; 8— главная магистраль; 3— вторичная магистраль:
< — токоприемники.
Замкнутая сеть (сетка) состоит из магистралей, свя-
з< иных в замкнутый копту р, в узлы которого подается
питание от трансформаторной подстанции (рис. G-5, я);
на вводе к узлу устанавливается специальный сетевой
автомат, снабженный защитой от обратного тока. Узлы
сетки выполняются г л у х и м в с расчетом на выгорание
Кабс.юп при коротком замыкании (американская прлк-
175
Б-Б
Рпс. 6-7. Панель распределительного щита одностороппсго обслужи
линии с рубильниками и предохранителями.
178
вапия серии ЩО-59 на четыре
присоединяется к главному
автомату, получается значи-
тельная экономия на дорогих
шкафах с отходящими ли-
ниями.
Между секциями распре-
делительного щита при двух-
трапсформаторной подстан-
ции устанавливается специ-
альный шкаф с секционным
автоматом, который может
быть снабжен устройством
автоматического включения
(АВР). Ток секционного авто-
мата принимается 0,6—0,7
тока главного автомата, так
как необходимость передачи
полной мощности трансфор-
матора на другую секцию не
возникает.
Система выкатных авто-
матов, располагаемых в от-
дельных ячейках, обеспечи-
вает удобное и безопасное
обслуживание каждого авто-
мата без нарушения работы
остальных присоединений и
быструю замену дефектного
автомата при повреждениях
его.
Для некомплектных подстан-
ций старого типа моптажные
организации выпускают распре-
делительные щиты напряжением
до 500 В переменного тока двух
исполнений — прислонные одно-
стороннего обслуживания (рис.
6-7) и свободностоящие» двусто-
роннего обслуживания (рис. 6-8).
Щиты составляются из стандарт-
ных панелей, на которых уста-
навливаются комплекты из ру-
бильников с предохранителями
пли рубильников с автоматами,
иногда с контакторами. Номи-
нальный ток отходящих линий
при защите предохранителями
179
составляет 100, 250 и 400 А, а при защите автоматами 100, 200,
400 и 600 Л.
По устойчивости к ударному току короткого замыкания рас-
пределительные щиты выпускаются в двух исполпейиях: устойчи-
вые при токе до 30 и до 50 кА€
Рнс. 6-8. Папель распределительного щита двустороннего обслу-
живания серии ПРС на три линии с рубильниками и предохраните-
лями.
Наиболее совершенная коммутация распределитель-
ного щита подстанции получается в случае применения
автоматов, снабженных максимальной селективной защи-
180
той, однако вследствие их дефицитности распределитель-
ные щиты изготовляются также с рубильниками и предо-
хранителями.
При составлении схемы распределительного щита под-
станции необходимо так подбирать нагрузки и отходящие
ливни, чтобы щит пе получился громоздким и дорогим, но
в то же время был устойчивым против токов короткого
замыкания. Если есть необходимость в отходящих линиях
небольших сечений, следует ставить силовые шкафы пли
осветительные щитки вне подстанции и там уже группиро-
вать нагрузки по более мелким магистралям. В случае
применения рубильников и предохранителей пропускную
способность отходящих липпй для силовой нагрузки реко-
мендуется принимать 250 и 400 А, редко 600 А. В сетях, где
применены кабели с бумажной изоляцией и алюминиевы-
ми жилами, отходящей липии на ток 250 А соответствует
кабель сечением (3 X 150) мм2 и на 400 А 2 (3 X 120) мм2
или же провода марки АПР ГО-500 в газовой трубе сече-
ниями соответственно 3 (1 X 150) и 6 (1 X 120) мм2.
Сечения проводов и кабелей выше 150 мм2 применять не
рекомендуется. При нагрузках на линию больше 250 А
рекомендуется производить расщеплепие сечении провода
одной фазы на два и более, так как при сечениях свыше
150 мм2 плотпость тока допустимой нагрузки снижается.
В схемах распределительных шкафов для силовых
сетей и щитков осветительных сетей должно быть обеспе-
чено отключение всего шкафа или щитка без нарушения
работы остальных шкафов или щитков, питающихся от
одной магистрали. Для спловых шкафов это достигается
применением общих рубильников па вводе, причем при
питании группы шкафов «цепочкой» каждый шкаф может
быть отключен без нарушения работы самой «цепочки».
Для потребителей, требующих более надежного электро-
снабжения, применяются шкафы с двумя рубильниками
пли контакторами (при АВР) на вводе для подключения
к независимым источникам питания.
Для осветительных сетей наиболее распространена
схема рис. 6-1, причем отключение' вторичного щитка
производится при помощи предохранителей на головном
Щитке. При питании щитков «цепочкой» необходимо иметь
рубильник для отключения каждого щитка.
Ответвления от силовых шкафов и осветительных
Щитков защищаются предохранителями или установочными
автоматами.
181
6-3. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ШКАФЫ И ЩИТКИ
При радиальных схемах питания для силовых токопри-
емников применяются распределительные шкафы с пре-
дохранителями пли автоматами, а для осветительных —
распределительные щитки с предохранителями и выключа-
телями (или без них) пли же с установочными автоматами.
В магистральных сетях на ответвлениях устанавливаются
силовые ящики с рубильниками и предохранителями или
с автоматами.
Рис. 6-9. Распределительные ящики «европейской системы».
В ФРГ, Англии и других европейских странах приме-
няются распределительные пункты, комплектуемые из
пластмассовых ящиков (рис. 6-9). Иашей электропро-
мышленностью начато изготовление аналогичных распре-
делительных ящиков из пластмассы типа РУС (рис. 6-10).
Стандартный тип распределительного пункта в виде
силового шкафа с горизонтальным расположением фазных
шип и вертикальным расположением предохранителей
отходящих линий показан на рис. 6-11. Шкаф имеет один
вводный или два сблокированных рубильника, что позво-
ляет отключать шкаф от сети для ремонтов, присосдине-
182
ния новых цепей п т. п. Шкафы выполняются двух типо-
размеров до пятп или до восьми трехфазных групп. Шкафы
типа СП62 защищенного и типа СГ1У62 закрытого (с уплот-
нением) исполнения. При необходимости иметь большее
число групп ставят несколько шкафов. При выборе шкафов
для конкретного участка сети следует предусматривать
Рис. 6-10. Распределительное устройство РУС из пластмассовых
ящиков.
а — общий вид; б — вид при снятых крышках.
0Дну-две резервные группы. Недостатком этих распреде-
лительных шкафов является необходимость смены патро-
нов под напряжением.
Более совершенным типом распределительного пункта
является шкаф, состоящий пз ячеек с оборудованием на
разный ток, набираемых в стандартные корпуса. На крыше
каждой ячейки U-образные контакты, с помощью которых
183
при открывании крышки снимается напряжение с данной
ячейки, благодаря чему замена предохранителя произво-
дится совершенно безопасно. Силовые шкафы подобного
типа изготовляются рядом зарубежных фирм с примене-
нием предохранителей п автоматов для защиты отходя-
щих линий.
Рпс. 6-11. Силовой распределительный пункт серии СП62.
Для защиты и отключения ответвлений от магистралей
применяются силовые ящики с блоками «предохранитель —
выключатель» на 100, 200 и 350 А. Кроме того, изготовля-
ются силовые пункты типа СУ9500 с установочными авто-
матами А3100 па 100 и 200 Л трех типоразмеров с числом
трехфазпых групп от одной до двенадцати, применяемые
большею частью для лаборатории и зданий обществсппого
и административного назначения.
181
Силовые шкафы располагаются в поиещепиях, не опасных ПО
взрыву и пожару, чаще всего около стен или колонн цеха, по кото-
рым к ним подводится питание от верхних магистралей, обычно
проводом в стальных трубах. При выполнении магистральной сети
кабелем, проложенным в каналах, шкафы ставятся над каналом.
На наших предприятиях принята следующая система нумерации
рядов колонн: горизонтальные ряды — буквами Л, Б, В, Г и т. д.,
и вертикальные — цифрами 1, 2, 3, 4 п т. д.; рекомендуются также
маркировать шкафы по номеру колонны (например, шкаф 23В,
шкаф 17Г и т. д.).
В случае применения в цехах различных родов тока, напряже-
ний и частот для шкафов вводится условная окраска, позволяющая
эксплуатационному персоналу быстрее ориентироваться Па внут-
ренней стороне крышки шкафа дастся его схема с указанием номе-
ров групп, приемников, питающихся от каждой группы, сечения
провода и тока плавкой вставки. Для цехов, опасных в отношении
коррозий п взрыва, силовые шкафы выносятся в отдельные поме-
щения, изолированные от основного производства п имеющие от-
дельный вход снаружи, — так называемые электропомещения.
Осветительные щитки оборудуются установочными авто-
матами типа АЬ25 на ток 15 и 20 А. Другая серия освети-
тельных щитков имеет исполнения без автомата и с автома-
том на вводе; отходящие линии защищаются автоматами.
При дистанционном управлении освещением па вводах
групповых щитков устанавливаются контакторы. Заводы
электропромышленности выпускают iрупповые освети-
тельные щитки серии С У 9400 с автоматическими выклю-
чателями. Для сырых помещений и наружных установок
применяются закрытые щитки в чугунном корпусе с 5 плот-
ненном.
6-4. МАРКИ ПРОВОДОВ II КАБЕЛЕЙ II ОБЛАСТЬ ИХ
ПРИМЕНЕНИЯ
В начальный период индустриализации пашей страны
основным проводниковым материалом для электро-
сетей была медь и частично сталь; в последние три десятка
лет основным цветным металлом является алюминий, из
которого в настоящее время в СССР изготовляется более
70% кабельной продукции. Применение меди в качестве
проводников весьма ограничено и допускается в виде
исключения для тяжелых ошиновок электропечей («корот-
кая сеть»); для троллейных токопроводов; во взрыво-
опасных помещениях классов В-I и В-I а и во вторичных
цепях подстанций напряжением 220 кВ и выше; меха-
низмов доменных печей обжимных и непрерывных станов;
185
кранов с жидким и горячим металлом; быстроходных кра-
нов — уборочных, перегружателей и т. и. и панелей защи-
ты, автоматики if управления электроприводами.
Замена .меди алюминием в электротехнике происходит
также и за рубежом благодаря его более низкой стоимости,
меньшему весу и большей распространенности в земной
коре.
Сталь в качестве проводникового материала использо-
валась в промышленных сетях в 1930—19л0 гг. для линии
постоянного тока, троллейных линии и мелких шинопро-
водов. По мерс развития алюминиевой промышленности
применение стали, обладающей большим сопротивлением,
сократилось; в настоящее время она применяется только
для троллейных липни по соображениям механической
прочности и износоустойчивости.
В последние годи повысился интерес. к использованию iuitjhui
в качестве проводникового материала. Согласно данным, опубли-
кованным в американской литературе, стоимость проводникового
материала при одинаковой проводимости составляв! для меди 100%,
алюминия 34% и натрия 14,7%. Сравнительным данные этих метал-
лов приведены в табл. 6-2.
Таблица С 2
Металл Пло тесть Проводи- мость Т< .мверлтура плаи.теннл, °C Коэффицпгн 1 линейного удлинения
Медь 8.89 57 1 083 16
АЛЮМНШШ 2,7 35 657 24
Натрий 0,972 20 98 72
ПгИольловЛипе натрия затруднено невозможностью примене-
ния его в открытом виде, в особенности из-за недопустимости соп-
рикосновения с водой, что вызывает пожар. Первые попытки ис-
пользован. натрий, относящиеся к 30-м годам, состояли в заливке
жидким натрием стальных труб с заделкой кондов, однако экспери-
менты не дали иоложиюльных результатов.
В связи с применением пластмассовой, в частности полиэтиле-
новой, изоляции появились возможности создания натриевых ка-
6» лей. Полиэтиленовая трубка заполняемся натрием и заделывается
герме!ически по концам. Получается легкий кабель (плавающий
в поде), гибкий (натрин мягок, как сливочное масло), ио вызываю-
щий пожар при повреждении. Вследствие этого он может приме-
няться только для подземных прокладок. Сущ«чтвуют способы мон-
тажа соединения таких наболей, даже со вскрытием натрия, требую-
щие специальных мир безопасности. Соединения заводских отрез-
ков кабелю! с оконцеввтелями выполняются без особых затрудне-
нии. В США есть опытные участки кабелей с натриевой жилой,
работающие с 1963 г. при напряжении 600 и 15 000 В. В СССР про-
186
водятся исследовательские работы по использованию натрия и опыт
пых установках.
В связи с широким примененном токомрово юн, требу-
ющих повышенной механической прочности, которой по
обладает чистый алюминий, применение получил одни из
сплавов алюминия — АД-31. Его проводимость по срав-
нению с алюминием на 13°о ниже, однако механическая
прочность приближается к прочности стали, что дает боль-
шой технико-экономический эффект при использовании
его для токоироводов.
При маркировке проводов и кабелей приняты следующие обс-
значения.
Неизолированные провода обозначаются первыми буквами
металла проводника: медь — М, алюминий — Л, сталь — С, стало
алюминий — ЛС.
Изолированные провода и кабели с медными жилами не имеют
специальных обозначении металла жилы; ировода и кабели с алю
миииевой жилой имеют букву Л в начало маркировки, например,
провод ПР — с медной жилой и ЛИР—с алюминиевой жилой.
Аналогично бумажная изоляция для кабелей не обозначается, в то
время как другие виды изоляции проводов и кабелей обозначаются
соответствующей норной буквой: резиновая — Р, нолихлорвмни-
ловля — В, полиэтиленовая — II.
Материал оболочки кабелей маркируется первой буквой: спи
нец — С, алюминии — Л, полихлорвинил — В, нейрит (погорю
чаи резина) — II.
Буква Г входит в обозначение марок проводив, являющихся
г и б к и м и (жила, сплетенная ил тонких проволок), и в обозна-
чения кабелей, у которых оболочка пли защитная броня являются
I о л ы м и (в отличие от таких же кабелей, имеющих поверх обо
лочки слон пряжи для защиты от коррозии при прокладке в земле
или воде).
Например, СРГ — медный провод г резиновой изоляцией и
голой свинцовой оболочкой; МГЭ — гибкий медный голый провод
для алектропечных установок.
Бронированные кабели с Ленточной броней имеют марки-
ровку буквой Б и с прополочной броней — 11.
Малая буква «г» обозначает гофрированную оболочку, приме-
няемую для получения гибкой конструкции кабеля
Наиболее ходовые марки проводов с резиновой изоляцией
с медными жилами: ИРГ — гибкий, ПРИ —с металлической оп-
леткой, ТПРФ—с металлической оболочкой (фальцованный).
ПРТО — для прокладки и стальных трубах (соответствсчшо АПРТО
с алюмпппевой жилой), ИРЛ — монтажный (лакированный),
ШРПЛ — шланговый переиосиып легкий и 111 РИС — то же сред-
ний Провода с нолихлорвннилопой изоляцией — установочные ИВ
и АП В, плоские 11IIВ и АП 11 В. В перспективе резиновая изоля-
ция будет заменена на синтетическую, как это имеет место за
Рубежом.
Для кабелей наиболее ходовые марки СБ и ЛС1> с медными и
ялюминиовыми жилами, с бумажной "золяцпей, свинцовой оболоч-
кой, ленточной броней, покрытой пряжей. Тс же кабелп бе» пряжи-
187
СБГ и АСБГ; при алюминиевой оболочке соответственно получаются
маркировки АБ и ААБ или АБГ и ААБГ.
Контрольные кабели имеют в маркировке букву К, например
КАБГ — контрольный кабель с медной жилой, бумажной изоля-
цией, алюминиевой оболочкой и голой броней.
В справочниках приведены таблицы марок проводов
п кабелей, применяемых для электросетей промпредпри-
ятий, и таблицы выбора марок проводки и способа про-
кладки в зависимости от окружающей среды. Последние
таблицы служат в основном для контроля допустимости
того или иного способа прокладки.
6-5. ЦЕХОВЫЕ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 000 В
В ПОМЕЩЕНИЯХ, НЕ ОПАСНЫХ ПО ПОЖАРУ И ВЗРЫВУ
История развития цеховых сетей напряжением до 1 000 В
показывает общую тенденцию к отказу от скрытой про-
кладки проводников в стенах, каналах, под шашкой пола,
в стальных трубах, проложенных в полу, и к переходу
к открытым верхним проводкам — по фермам, перекры-
тиям, подкрановым балкам, потолку, стойкам и па тросе.
Опыт показал, что в кабельных капалах даже сравни-
тельно чистых производств собирается грязь, вода, эмуль-
син, масло и т. п., разрушающе действующие на оболочки
кабеля. Кроме того, кабельные каналы стесняют техноло-
гическую планировку производства с перемещаемым обо-
рудованием. Поэтому устройства в полу цехов кабельных
каналов следует по возможности избегать в производствах
с перемещаемым оборудованием.
Широко применявшаяся ранее проводка под деревян-
ной шашкой пола проводом в трубах и кабелем, защищен-
ным профильной сталью, также не оправдала себя на прак-
тике и теперь пе применяется.
Недостаток скрытой проводки в стальных трубах состо-
ит в частой повреждаемости проводов из-за попадания
влаги, а также в отсутствии гибкости такой сети при изме-
нении технологии. Скрытая проводка в стальных трубах
сохраняет свое значение в металлургии для. прокатных
цехов, где другой род проводки между помещениями маг-
нитных станций, постами управления и двигателями не-
осуществим. В самих помещениях машинных залов с под-
валами, помещениях магнитных станций управления (ПСМ)
и постов управления (ПУ) выполнение скрытой проводки
в стальных трубах нецелесообразно. В этих помещениях .
188
проводка может быть выполнена многожильными кабелями
или проводами, уложенными по специальным поддержи-
вающим конструкциям — лоткам (рис. 6-12).
Количество стальных труб, требующихся для выполне-
ния электропроводок современного прокатного стана,
составляет более 200 км. В настоящее время стальные
трубы заменяются пластмассовыми, что одновременно
улучшает изоляцию проводок, по требует механической
защиты (при производстве строительных работ).
Рис. 6-12. Прокладка проводов и кабелей в лотках (ВАЗ
в г. Тольятти).
Недопустима скрытая (в степах и колоннах) проводка
в стальных трубах в помещениях с химически агрессивной
средой. В подобных цехах проводка должна по возмож-
ности выноситься на наружные стены здаппй, а внутри
цеха — на конструкции, скобы или подвешиваться па
тросе. Проводка не должна касаться стен и потолка, на
которых оседают вещества, разъедающие изоляцию про-
водов.
Наибольшие трудности возникали при создании рацио-
нальной системы проводок в цехах с перемещаемым обо-
рудованием, например в машиностроительной промыш-
ленности. Попытки создать универсальную сеть в виде
трубных проводок под полом, па формах перекрытий и
иа стойках высотой 1 м не увенчались успехом.
189
Более практичным видом стоечной проводки была про-
водка в стальных коробах па стойках высотой 2,25 м вдоль
линии станков (рис. 6-13). Опа позволяла выполнять ско-
ростной монтаж и быстрый демонтаж проводки из-за хо-
рошей доступности к проводам каждой линии. Однако эта
система, представлявшая собою поднятые вверх кабель-
ные каналы и требовавшая большого количества прово-
дов, была вытеснена более рациональными проводками.
В настоящее время система коробов с проводами дает
удачное решение, например, при прокладке контрольных
цепей по сложным агрегатам, для автоматических станоч-
ных линий и др. Короба выпускаются в виде прямоуголь-
Рпс. 6-13. Прокладка проводов в коробах.
а — общий вид проводки: 1 — силовой пункт; 2 — короб; 3 — ответвление
D трубе; 4 — стойка; б — секция с открытой крышкой.
пых и фасонных секций; также выпускаются лотки для
прокладки кабелей (рис. 6-12).
Система стоечной проводки («шинные сборки»), пред-
ставляющая собой шинопровод из стальных шин, в свое
время дала большую экономию проводов в распредели-
тельной сети, допускала скоростной монтаж и легкий де-
монтаж.
Шинные сборки имеют недостатки: малая пропускная
способность, вследствие чего более крупные приемники
(свыше 15 кВт) должны питаться от распределительных
шкафов помимо шинных сборок, кроме того, для присоеди-
нения и отключения приемников необходимо отключать
всю сборку, что ведет к простою больших групп станков.
Вследствие этих недостатков необходимо было перейти
в машиностроительной промышленности па более совер-
шенный тип проводок.
Автором в 1940 г. были предложены закрытые штеп-
сельные шинопроводы повышенной пропускной способ-
ности, рассчитанные по удельной плотности нагрузки на
190
j м2 площади цеха и впервые осуществленные на одном из
заводов [Л. 1-11]. Опыт эксплуатации таких шинопро-
водов в период Великой Отечественной воины, когда тех-
нологическая планировка цехов часто менялась, дал поло-
укительный результат: производственный процесс завода
шел непрерывно и при изменении технологической схемы
Рис. 6-14. Секции шинопровода серии ШРА-64.
а — прямая: 1 — короб; 2 — окно для установки ответвительной коробки
(со снятой крышкой); 3 — окна для установки ответвительных коробок, за-
крытые заглушками; 4 — крышка монтажного окна; 5 — фазные шины; б —
шина нулевая, б — угловая с изгибом шин на плоскость; обозначения тс же;
в — то же, на ребро, обозначения те же, что на а и б.
шинопроводы оставалпсь па местах, а двигатели станков
отключались и подключались без нарушения работы цеха.
Система комплектных штепсельных шинопроводов для
распределения энергии в цехах с перемещаемым оборудо-
ванием получила в настоящее время общее признание, и
указанные шипопроводы выпускаются как комплектные
изделия.
191
192
Штепсельные распределительные шинопроводы типов
UIPA на 250, 400 и 600 А напряжением до 380 В имеют
алюминиевые голые шины на изоляторах сечением соот-
ветственно 5 х 30, 5 х 50 и 6 х 60 мм. Шинопроводы
изготовляются в виде прямых секций длиной 3 м с ответ-
влениями через 0,7 м (рис. 6-14). Ответвительные коробки
(рис. 6-15) с предохранителями на 100 А и коробки с авто-
матами допускают штепсельное подключение ответвлении
без снятия напряжения; смена предохранителен произво-
дится при отсутствии напряжения, так как патроны предо-
1’ис. 6-16. Стоечная проводка в трубах (СССР).
хранителей укреплены на крышке коробки и выдерги-
ваются из контактных стоек при открывании крышки.
Ответвления от шинопроводов к приемникам осущест-
вляются в стальных тонкостенных трубах проводом А11Вили
по тросу шланговым проводом. Па участке подхода к стан-
ку провод защищается стальной трубой, жестко укреплен-
ной на станке. Станок снабжен шланговым проводом
с ответвительной коробкой на конце и поэтому может
свободно передвигаться по цеху и подключаться к шино-
проводам.
Недостаток шинопровода ШРА состоит в больших
габаритах, вызванных применением голых шин.
При установке ряда таких шинопроводов уменьшается
обозреваемость станков; па ряде предприятий шинопро-
воды были демонтированы и заменены стоечной проводкой
в трубах (рис. 6-16) или подпольной проводкой (рис. 6-17).
7 Мукосеев Ю Л. 193
Разрабатываются более компактные шинопроводы с изо-
лированными шинами, не нарушающие обозреваемости
станков.
Развитие производств, требующих особой чистоты поме-
щений с мпкроклиматом(электронная, полупроводниковая,
приборостроительная и другие отрасли промышленности),
потребовало вернуться к подпольной электропроводке, полу-
Рис. 6-17. Подпольная проводка с выходом
на распредели тельную коробку.
лившей название «модульной». При двухрядном располо-
жении станков в нерабочих проходах между ними в полу
прокладываются трубные магистрали с проводами до
35 мм2. 13 зависимости от среды, трубы могут быть сталь-
ными, полиэтиленовыми пли винииластовыми. Для подклю-
чения от одного до четырех станков устанавливаются
силовые щитки — колонки, подводка к станкам выполня-
ется в стальном трубе (рис. 6-18).
Распределительные сети осветительных установок в
цеховых помещениях, не опасных в отношении пожара
и взрыва, выполняются поперек ферм перекрытий про-
водом ДПР на роликах, голым проводом марки А пли
изолированным А1113 — на изоляторах; участки подъе-
мов п спусков, а также вдоль ферм выполняются прово-
дом в стальных или гофрированных бумажно-металличес-
ких трубах пли проводами с металлической или полихлор-
вппиловоп оболочкой. При металлических фермах, свя-
191
данных металлоконструкциями в одно целое, распреде-
лительная сеть освети юльных установок выполняется
одпопроводпой, с использованием металлических ферм
и каркаса здания в качестве обратного провода.
Применение изолированного провода в цехах, где среда
действует на изоляцию разрушающе (например, в марте-
новских, литейных, кузнечных цехах), нецелесообразно,
Рис. 6-18. Щит к и-колонки ври мо-
дульной подпольной проводке.
так как опыт эксплуатации показывает, что через 1 2
года вся изоляция разрушается.
Волее современной и индустриальной проводкой явля-
ются комплектные осветительные шинопроводы типа
IIIOCG7, впервые примененные па ВАЗ в г. Тольятти.
Шинопровод сечением 35 х кЗ мм имеет четыре медных
изолированных провода 6 мм2 и допускает ток 25 А. Для
подключения светильников имеются штепсельные окна,
в которые вставляются специальные штепсельные вилки
стремя проводниками — фазный, нулевой рабочий и нуле-
вой для заземления. Шинопровод ШОС67 может быть при-
менен для питания мелких силовых нагрузок. Кроме пря-
мых секций длиной 3 м, имеются угловые. Монтаж шино-
проводов ШОС67 может быть выполнен совместно с сило-
выми штепеельпыми шинопроводами ШРА (рис. 6-19).
Новая конструкция шинопровода 1ПОС73 па 63 А рас-
считана на питании ме псих однофазных и трехфазных
приемников.
Общая тенденция выполнения промышленных проводок
состоит в дальнейшем развитии комплектных устройств
Рис. 6-19. Монтаж светильников и осветитель-
ного шинопровода ШОС-67 под шинопроводом
ШРА-64.
Со стандартными штепсельными • подключениями, выте-
сняющими применение обычных проводов и кабелей.
Магистральные сети от трансформаторных подстан-
ций при радиальных схема : выполняются бронирован-
ными кабелями марок АБГ, ЛАБ Г, проложенными
в ьабельпых капалах, или (надежнее) в лотках, про-
ложенных вдоль подкрановых путей, по колоннам или
стенам, пли с подвеской на тросах до силовых распре-
делительных шинопроводов. При магистральных схемах
питания получили распространение проводки следующих
видов:
1) изолированные или голые алюминиевые провода на
изоляторах;
196
2) голые алюмппневые шипы па изоляторах (троллей-
бусного типа) или на специальных плицах, рас и ожижен-
ные плашмя в одной плоскости;
3) закрытые комплектные магистральные шинопроводы,
располагаемые вдоль колонн и стен па высоте, допустимой
по условиям производства (не по формам И“рскрытпй);
4) кабели типа АсВВ на большие токи.
В последнее время разработаны специальные кабели
марки АсВВ на большие токи (буква «с» обозначает сектор-
ный). Кабель состоит из изолированных друг от друга
четырех жил в форме сектора, составляющих общий про-
вод одной фазы. При мон-
таже три одпофазпых ка-
беля располагаются по
треугольнику (рис. 6-20).
Кабель выпускается сече-
ниями 1 000, 1 500, 1 800
и 2 000 мм2 на токи со-
ответственно 1 060, 1 300,
1 460 и 1 615 А. При под-
ключении кабеля все че-
Рис. 6-20. Монтаж одножильного
кабеля АсВВ.
одну точку, например выход
подстанции на магистраль,
тыре сектора свариваются
под общий наконечник.
Этот кабель неприменим
при частых отпайках, удо-
бен при подаче питания в
от щита трансформаторной
проложенную по фермам.
Открытая прокладка голых проводников прп напря-
жении до 1 000 В допускается па высоте не менее 3,5 м от
пола и 2,5 м от пастила крапа, если в цехе пе транспорти-
руются громоздкие предметы, могущие задеть голые
проводники. Расстояние от проводника до заземленной
к инструкции в месте крепления должно быть пе менее
50 мм, а расстояние между проводниками различных фаз
и также до частей здания составляет:
Расстояние между точками креп-
ления проводников в пролете, м
Расстояние между проводниками
в свету, мм....................
2 2--4 4—6 Свыше
и менее 6
50 10U 130 200
Наименьшие допустимые расстояния при сближении
голых проводников с трубопроводами и технологическим
°оорудованием: до трубопроводов не менее 1 м; до техноло-
197
гичсского оборудования не менее 1,5 м. При меньших
расстояниях необходимо устройство местных ограждении.
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
в цеховых помещениях не допускается.
В цехах 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 П1МА изго-
товляются на токи 1 600—2 500—4 000 Л, за рубежом
800—5 000 А. Магистральные шинопроводы на токи
1 600 А и выше имеют две шипы на фазу, расположенные по
специальной схеме. Их основное достоинство состоит
в возможности индустриального монтажа как готового
комплектного изделия.
6-6. СЕТИ ДЛЯ МПОГОАМПЕРНЫХ УСТАНОВОК
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Устройство сетей для многоамперных установок пере-
менного тока (1 000 Л 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 шип.
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
поверхностный эффект и эффект бли-
зости. Эти эффекты связаны с вытеснением тока под дей-
ствием электромагнитного поля, создаваемого рассмат-
риваемым проводникохМ 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 пиша; б и г — две питны с противоположным направлением
тока; вид — то же с одинаковым направлением тока.
Наиболее распространенной формой сечения шин явля-
ется прямоугольная; распределение плотности тока по сече-
нию (строго говоря, по поверхности) одиночной прямоуголь-
ной шипы 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
К —
где — сопротивление переменному току; — сопро-
тивление постоянному току.
В данном случае коэффициент добавочных потерь равен
коэффициенту поверхностного эффекта Кп, поскольку шипа
уединенная (практически удаленная от других провод-
ников на 3 м и более); КД = Кп > 1.
Для шины А 10 х 100 мм Ки = 1,175.
В двух расположенных рядом шинах распределение
птотн )сти 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 Ка зависит
также от эффекта близости, который учитывается коэф-
фициентом Л'о, так чго Кд — КаК^. Величина А'с может
быть меньше и больше единицы в зависимости от того,
становится ли распределение плотности тока по высоте
сечения шипы 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, 6) величина К
уменьшается до 1,04, так что К$ — 1,04 : 1,175 = 0,885.
Рис. G-22. Векторы токов шип в пакетах из трех и четы-
рех шин прямоугольного сечения.
При одинаковых направлениях тока (рпс. 6-21. в} Кл уве-
личивается до 1,36, так что А'с = 1,36 : 1,175 — 1,16.
Эффект близости называется поло ж и т е л ь н ы м
при получении более равномерного распределения плот-
ности тока по высоте шины (Kq < 1) и отрицатель-
н ы м при увеличении неравномерности (Ас 2> 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 (рпс. 6-21, #), чем при токах проти-
воположного направления (рис. 6-21, г).
13 пакетах из трех и четырех шин, несущих гокп 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 А’д до
200
1,6 при трех п до 2.03 — при четырех шинах в пакете.
Рационально расположение четырех тип 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
Л'х' Л"х"/|”'х"г /Гх' Л'"х"" А'х” Атх""
DDDDDO □□DO DODD
а> л"к"лтхп" х'а"х"'а""
DODD DODO
5) «)
Рис 6-23 Схемы расположения шин в пакетах
для однофазных ценен.
а, б — рекомендуемые; в — нерекомендуемые.
Кл до 1,25. Поэтому при числе шин более трех рекоменду-
ется переходить па 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 шм-кх
с одинаковым иаправло- г г
нием тока располагать #•—И—)-----1 j-----Г I--0
ДРК под другом (рис. Щ 5 С Х=Й/Г—U2
В трехфазных сетях .
с бол ьшими токами и мощ- Рис. 6-24. Схема однофазных цепей
иыми электромагнитными с взаимной индуктивностью,
полями, кроме указанных
выше двух эффектов, имеет место еще эффект индуктив-
ного перепоса мощности, для уяснения которого пред-
варительно рассмотрим схему двух элементарных однофаз-
ных цепей со взаимной индуктивностью (рпс. 6-24).
При напряжениях Ut = U2 токи в обеих цепях будут
равны:
U
r-\-j (х кх) ’
При напряжениях = —U2
j _ г _ f_______________
1 2 r-}-/(x —Az) ‘
201
Прп напряжениях, сдвинутых по фазе па 120°, т. е.
при Uтоки в цепях не будут равны; в опе-
режающей по фазе цепи ток /2 будет меньше, а в отстающей
цепи — больше:
I U'
1 г — Д^Д-/^— A#i) ’
т =_____£з___
2 г-}-Дг2^-/ (х— &х^'
где Ат\ и Аг3 — так называемые вносимые сопротивления,
характеризующие индуктивный перенос мощности из
опережающей по фазе цепи 2 в отстающую цепь 1.
Рпс. 6-25 Схема трехфазноп несимметричной
цепи с взаимоиндуктпвностыог
Величина переносимой мощности Г\кгг = Pikr* обус-
ловливает разницу в мощности, расходуемой па нагрев
сопротивления г в обеих цепях:
Отношение токов /х/72 = Ле& является комплексной
величиной, в которой А — модуль, зависящий от коэф-
фициента магнитной связи к и отношения я/г, асе > 120° —
угол между векторами токов, который стремится к 180
при увеличении А*, и отношения х!г. Таким образом, прп
напряжениях, сдвинутых по фазе на 120', токи в цепях
1 и 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 па велпчппы Ажх и
Ат2. Одновременно происходит индуктивный перенос
мощности пз 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-
яв 1яотся, поскольку он одинаковый по всем фазам. При
расположении проводников в одной плоскости (рис. 6-25)
202
минимальный ток всегда получается в опережающей фазе
А, а максимальный ток в зависимости от коэффициента
мощности цепи: при coscp -< 0,87 (q> > 30°) — в фазе В;
при cos <р > 0,87 (ф < 30°) — в фазе С\ при coscp = 0,87
(ф = 30е) токи фаз В и С будут равны.
Явление переноса мощности резко проявляется в уста-
новках с большими токами и магнитными полями, в част-
ности в коротких сетях электропечей. Опережающая фаза
дГ дПдЧГ
В'В"В'"
а)
с’С"С’"
ArBrCrArrBrrCr'Armr"
DOODDDDDD
DDDDDD
Br У'B,rYfWr"
ODOOOD
c'z’Cz'W'
6)
Аг В" В'В" С'*"
DO 00 00
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 пе догровается, а под электродом
«дикой» фазы получаются перегрев маталла и неспокой-
ный режим дуги, что ухудшает работу электропечи. В за-
нисимости 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
пости тока по сечению шин, в зависимости от получаю
щейся равномерности плотности тока.
На практики в установках нанряжением до 1 000 В
применяются следующие расположения шип трехфаз-
ного тока (рис 6-2(5).
С х е м а р а с щ с и л с н и ы х фаз (рис. 6-2(5, «)
является нерациональной; она допустима при числе шин
до трех; при четырех шинах схема допустима с располо
жением шип одной фазы но сторонам квадрата или с при
мешением шип специального профи in. Она применяется
в установках напряжением выше 1 000 В, когда сближе-
ние фаз затруднено по ус-
ловиям и О.1ЯЦПП.
С х с м а с и о р е -
плетен п ими ф а а а -
м и (рис. 6-26, б) но
Рис. 6 27. Магистральный uimio*
провод ио схеме переплетенных
фа» ((’111 \).
тропечи с ошиновкой по
схеме
сравнению с предыдущей
имеет улучшенные пока-
затели в отношении сни-
жения активною и индук-
тивного сопротивления,
однако сближение шип раз-
пых фал способствует про-
явлению эффекта перешита
мощности. Гак, на одной
установке карбидной элек-
переплетенкых фаз, вы-
по (пенной из 24 шин (по 8 шип на фазу), токи по фазам 1,
Н и ( составили соответственно 26,8; 32,7 и 28,G кА. Эта
схема применяется в зарубежных закрытых магистраль-
ных шинопроводах (рис. 6-27) и коротких сетях электро
печей при схеме соединении обмотки вторичного напри
желтя ночного трансформатора в зш иду. Вследсыип
значительного проявления эффекта переноса мощности
эта схема не является оптимальной.
Схема с и р я м ы м и и обрат и ы м и и р о-
в о д а м и и с в ы носом т р е у г о л ь н и к а пли
схема поре щчи трехфазного тока по шести проводам или
по числу проводников, кратному шести (рис. 6-26, в),
вследствие бифилярности проводников дает низкие зна-
чения Ад = 1,02 + 1,04 н индуктивного сопротивления
в шихтованной части. Схема имеет следу тощие недостатки.
При увеличении числа проводников в 2 раза и уменьшении
тока в каждом проводнике в 1,73 раза расход метал за
2о4
увеличивается в отношении 2: 1,73 = 1,155, или на
15,5%. Схема может быть применена для передачи элек-
троэнергии только к одному мощному приемнику, напри-
мер к электропечи, где шины соединяют в треугольник
па электродах или перед гибкой частью короткой сети.
При соединении шин в треугольник очень важно иметь
одинаковые сопротивления всех фаз, так как в противном
случае в треугольнике, образованном обмотками вторич-
ного напряжения трансформатора п ошиновкой до обра-
зования треугольника, возможно протекание токов ну-
левой последовательности, которые не проявляются во
Ъ" с1 с"
Ъ” с"
а"
аг ъ' с'
аЧ"
с'а" Ъ'с"
а' а" Ъ'
И1ИККИ11 ж
Рис. G-28. Векторные диаграммы токов в кривы!' квадратов
плотностей токов в отдельных шипах.
а — с растси.тсниымп фалами; б — с переплетенными фазами, « — си
спиреи п и ми фазами.
внешней сети, но могут перегрузить обмотки вторичного
напряжения трансформатора. Схема с прямыми и обрат-
ными проводами имеет ограниченное применение.
Схема со с п а р е и и ы м и фазам и исполь
зует эффект переноса мощности таким образом, что пере-
нос получается симметричным по всем фазам и скомпен-
сированным. В этой схеме при двух шинах ид фазу каждая
половина одной фазы связывается индуктивно с половина-
ми каждой остальной фазы. Есди в одной паре она высту-
пает как отстающая фаза, то в другой паре — как опере-
жающая. В ]Н?зульгате получается оригинальная маг-
нитно-уравновешенная система, являющаяся симметрия
ной при несимметричном положении проводников. Как
указывалось выше, в индуктивно связанных цепях с на-
пряжениями, сдвинутыми ио фазе на 12и‘, в каждой паре
205
фаз происходит взаимное размагничивание и поворот
векторов в разные стороны па угол больше 120 . Полная
векторная диаграмма токов в схеме со спаренными фазами
и распределение плотности тока по высоте шипы полу-
чаются более благоприятными, чем при других схемах
(рпс. 6-28 а, б). Схема спаренных фаз была впервые
опубликована в 1943 г. Фишером и Фрэнком; в 1954 г.
Кэтальдо и Шекман показали дополнительные преиму-
щества этой схемы при несимметричных нагрузках. В
1956 г. автором было дано теоретическое обоснование
принципа работы схемы со спаренными фазами, исполь-
зующей положительный
эффект переноса мощности
[Л. 6-7].
Исследования МЭИ в
1955 и 1960 гг. подтвер-
дили данные Фишера и
Фрэнка о том, что при
сближении шип в парах
до 10 мм почти все маг-
нитное поле сосредоточи-
вается между шинами, а
внешнее поле получается
Рис. 6-29. Расположение типы
в схеме спаренных фаз.
а — в одной плоскости ШМА58; б —
в трех плоскостях ШМА59-68.
вится безразличным. Каждая
настолько малым, что по-
ложение каждой пары от-
носительно другой стано-
пара шин может быть
заключена в стальной кожух, который увеличивает ин-
дуктивную связь в паре и тем самым эффект переноса
мощности. Поскольку положение пар относительно друг
друга безразлично, то по конструктивным соображениям
наиболее распространенными схемами расположения шин
в шестиполоспых шинопроводах по схеме спаренных фаз
получились такие схемы, где нары шин расположены
в одной или в трех плоскостях (рпс. 6-29). Эти располо-
жения приняты в конструкциях магистральных, шинопро-
водов типа ПГМА на 1 600—2500 и 4 000 А. Разрабатываются
шинопроводы па 6 300 А.
Величина Кд при бифилярпой проводке прямоуголь-
ными шипами получается 1,02—1,04. Считывая увели-
чение поворота векторов тока на 15%, получаем теорети-
ческое значение — 1,02-1,152 = 1,35.
Практически поворот векторов тока в реальных усло-
виях не достигает 30 и величина получается равной
206
примерно 1.3. Одновременно уменьшается индуктивное
сопротивление шинопроводов со спаренными фазами типа
ШМА па токп 1 600, 2 500 и 4 000 А до 0,02 Ом/км.
Преимущество схемы со спаренными фазами состоит
также в том, что она сохраняет свои положительные ка-
чества при несимметричной и даже однофазной нагрузке
в стационарном режиме и при переходных процессах.
При нагрузке фаз АВ в фазе С, образующей замкнутый
виток из двух шин с перемычками, индуцируется ток,
Рис. 6-30. Шинопровод серии ПШЛ58 со спаренными
фазами 1 500 А, 380 В, защищенный сеткой, проложен-
ный по нижнему поясу фермы цеха.
восстанавливающий магнитное равновесие системы. Это
делает схему наиболее удобной для питания нагрузок от
однофазных сварочных машин большой мощности, что
подтверждается практикой Горьковского автозавода. Па
рис. 6-30—6-32 приведены примеры прокладки шинопро-
водов в цехах.
Несмотря на широкое распространение шинопроводов
типа ШМА их недостаток состоит в отсутствии пулевой
шины. Первые конструкции шинопроводов ШМА вообще
пе имели пхлевой шины, что приводило к необходимости
прокладывать дополнительную шину вдоль шинопровода
при наличия однофазных нагрузок напряжением 220 В.
Экспериментальные исследования показали, что в этом
207
случае ток однофазной нагрузки проходит в основном по
кожуху. Сопротивление стального кожуха получается
меньше, чем сопротивление цепи фаза-нуль за счет нали-
чия стали кожуха между фазным л нулевым проводами,
резко повышающей индуктивное сопротивление. Новая кон-
струкция шинопровода типа ШМА73 будет иметь боковые
стенки из алюминия, выполняющие роль нулевых шин.
Рис. 6-31. Штюпровод серии UIMA58, полностью за-
крытый листом.
При переменных токах 60—120 кА и выше применяются
трубчатые медные шины, расположенные по схеме пере-
плетенных фаз, с охлаждением водой. Прп трубчатом
сечении проводника эффект близости получается всегда
отрицательным, а магнитные поля всегда больше, чем
при бпфилярпых проводниках прямоугольных шин. Если
требуется искусственное охлаждение шин водой для повы-
шения плотности тока и сокращения размеров шинопро-
водов, по конструктивным соображениям более рациональ-
ным является применение пустотелой шины прямоуголь-
ного сечения. Толщина степкп шины должна быть равной
глубине проппкповеппя; это может быть обычная шипа
с трубками для охлаждающей воды, расположенными по
середине наружной стороны шипы, при этом внутренняя
сторона шипы должна быть сближена с другой шипом
для получения бифплярностп.
Гибкая часть короткой сети электропечей выполня-
ется из специальных гибких кабелей марки МГГ 500,
208
1 000 мм2, собранных из медных проволок сеченном 1 мм2.
Для экономии меди кабели заключают в резиновый шланг
с водяным охлаждением, что позволяет повысить плот-
ность тока и уменьшить число кабелей на фазу. Позднее
был разработан специальный гибкий водоохлаждаемый
кабель типа КВС-1000. Кабель состоит из стальной спи-
рали, образующей внутренний канал для воды, вокруг
Рис. 6-32. Прокладка шинопроводов серии Ш.МА68Н
(ВАЗ в Тольятти).
которого расположены медные проволоки общим сечепием
1 000 мм2, снаружи кабель имеет резиновую оболочку.
Кабель КСВ-1000 допускает ток 4 500 А прп высоком плот-
ности тока (4, 5 А/мм2) за счет водяного охлаждения.
Согласно исследованиям применение водоохлаждае-
мых кабелей существенно уменьшает индуктивное сопро-
тивление гибкой части короткой сети за счет уменьшения
числа кабелем и сближения изолированных кабелем раз-
ных фаз. Это преимущество вполне оправдывает повышен-
ные потери электроэнергии при водяпом охлаждении.
6-7. СЕТИ ДЛЯ МНОГО АМПЕРНЫХ УСТАНОВОК ПОСТОЯННОГО
ТОКА
К этой группе отпосятся сети постоянного тока элек-
тролизных установок, установок электромагнитных насо-
сов постоянного тока, а также магистральные сети при
209
схеме блок преобразователь—магистраль (БПМ). В на-
чальный период развития пашей индустрии при дефиците
цветных металлов для установок постоянного тока при
менялась сталь, сечения которой выбирались по экономи-
ческой плотности тока 0,3—0, i А/мм2, что вызывало боль-
шой расход стали. В настоящее время в качество провод
пиков для установок постоянного тока,как правило, приме-
няются алюминиевые шины. Применение медных шин огра-
ничивается установками, где алюминиевые недопустимы
по условиям агрессивности среды. Д >я обычных цеховых
сетей постоянного тока применяются магистральные двух-
полюсные шинопроводы типа ШМ АД с алюминиевыми
шипами па токи 2—3—5 кА. Для электролизных цехов
применяются специальные голые алюминиевые шины сече-
нием до 50 X 500 мм, собираемые в пакеты для получения
необходимого сечения шинопровода. Сечения шип электро-
лизных установок, работающих с большим временем потерь
в течение года, выбираются по экономической плотности
тока (для алюминия 0,4—0,5 А/мм2 и для меди 0,7—0,9
Л/мм2) и проверяются ио потере напряжения и допусти-
мой нагрузке по нагреву.
Допустимый ток для медных и алюминиевых многопо-
лосных шинопроводов определяется с применением коэф-
фициента Л, зависящего от числа шин в пакете (см. при-
ложение IIIII).
Потеря напряжения
ДС = 2/м'[,
W 7М — расчетный ток, А; I — длина шинопровода, м;
s — сечение шинопровода, мм2; р — удельное сонротпв io
пне, Ом«мма/м.
Величина располагаемой потери напряжения в сетях
для цехов металлопокрытий принимается 10% напряжения
источников питания 6 пли 12 В, т. е. 0,0—1,2 В. В цехах
электролиза с мощными шинопроводами на десятки и
сотин тысяч ампер общая располагаемая потеря напряже-
ния зависит от условии технологии и напряжения прео-
бразователя. Принимаются специальные меры к снижению
потерь напряжения в контактах, которые нормированы и
тщательно контролируются. Все соединения шип выпол-
няются сваркой пли с помощью накладок па болтах.
Шинопроводы в цехах металлопокрытий проклады-
ваются обычно в подвальных помещениях па пзолирую-
210
тих клицах чо специальным стопкам пли па подвесных
конструкциях. Применение кабельных каналов не реко-
мен (уется, так как они заливаются электролитом, водой и
т. п Шинопроводы в электролизных цехах прокладываются
на. изоляторах из фарфора, диабаза и других материалов
в зависимости от условии среды. При высоких напряжени-
ях электролизных сетей принимаются специальные за-
щитные меры (см. § 16-2). Для коммутации шинопроводов
(например, для шунтирования ванн па время ремонта)
применяются накладки — отрезки шип, соединяемые бол-
Рис. 6-33. Схема устрой-
ства разъединителя для
шинопроводов электро-
лизных цехов.
/ — нож р.ч.п-едипи re.oi, 8 —
шипы; л — 11лолвц||опннн
рукинтка стнгиниклцгго бол*
тп; 4 — гайки, иривврспная
к шишк 5 — гайка, припа-
ренная в Garry.
теми, или разъединители на большие токи, изготовляемые
в монтажных мастерских (рис. (>-33). Перед отключением
болты, имеющие рукоятки, отпускаются, и разведи Интел ь
легко отключается приводом. При включении ножи за-
мыкаются приводом, затем болты затягиваются при по-
мощи изолированной рукоятки. Подобные разъединители
на 7—15 кА вполне оправдали себя в эксплуатации в усло-
виях сильнокоррозийной среды, где работа с нормальными
накладками была затруднена.
В качестве коммутирующих аппаратов па большие токи
применяются неавтоматические выключатели напряжением
•150 В с водяным охлаждением тина ВВШ, выполняемые
ва токи 12,5—25—50 кА и собираемые из блоков на
12,5 кА. Потери электроэнергии в выключателе ВВШ-500
на 50 кА, состоящем из четырех блоков 12,5 кА, состав-
ляют б кВт, что требует для их отвода 520 л воды в час
(рис. 6-34). Разрабатываются блоки выключателей па
125 и 250 кА.
211
В многоамперных установках постоянного тока отсут-
ствуют эффекты (поверхностный и близости) и плотность
тока по сечению проводников получается равномерной.
Однако мощные магпптпые поля, возникающие при токах
выше 100 кА, создают своеоб-
разные эффекты, ппогда за-
тр уд няющие те х и ©логические
процессы.
Так, при одностороннем
подводе шинопроводов к ван-
не электролиза алюминия под
Рис. 6-34. Общий вид выклю-
чателя ВВШ-500 на номиналь-
ный ток 50 кА, 450 В
действием магнитного поля
поверхность жидкого алюми-
ния принимает наклонное
положение, что мешает нор-
мальной работе, и потребова-
лось конструировать^ ваппы
с двусторонним подводом
тока.
При дуговой сварке па
шинопроводах необходимо
экранировать место сварки,
так как иначе магнитное
поле «сдувает» дугу.
6-8. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И СЕТИ ПОЖАРООПАСНЫХ
ПОМЕЩЕНИЙ
В пожароопасных помещениях и наружных установках
необходимо устранить возможность образования электри-
ческой искры, а также повышения температуры выше
нормальной. Электродвигатели в этих установках в за-
висимости от класса помещения согласно ПУЭ должны
применяться в следующих исполнениях: для класса
П-1 — брызгозащищеппое, закрытое, закрытое обдуваемое
или продуваемое; для класса П-П — закрытое, закрытое
обдуваемое или продуваемое; для класса П-I 1а — защи-
щенное; для класса П-Ш — закрытое или закрытое об-
дуваемое. Во всех случаях искрящие части, не находя-
щиеся внутри оболочки, должны закрываться пыленепро-
ницаемым кожухом. Для электрических аппаратов и при-
боров должно быть предусмотрено исполнение: для класса
П-1 — пыленепроницаемое или маслонаполненное; для
класса П-Н — пыленепроницаемое; для класса П-I 1а —
212
закрытое или маслонаполненное и для класса П-Ш —
закрытое.
Силовые распределительные шкафы п осветительные
щитки по возможности выносятся из пожароопасных по-
мещений на лестничные клетки, в специальные электро-
помещения и т. д. При расположении шкафов и щитков
непосредственно в пожароопасном цехе конструкция их
должна иметь уплотнения во избежание проникновения
горючей пыли внутрь и воспламенения ее при возникнове-
нии искры (например при отключении выключателя)
внутри шкафа или щитка.
Для предотвращения возможности образования элек-
трической искры при случайных замыканиях в пожароопас-
ных помещениях не разрешается прокладка голых прово-
дов. Как правило, проводки должны выполняться защи-
щенными изолированными проводами — трубчатыми про-
водами в металлических оболочках, проводами в стальных
трубах (тонкостенных) пли кабелями с металлической,
полихлорвипиловой пли псйритовой (негорючая резина)
оболочкой. Все соединения проводок выполняются в спе-
циальных коробках из жаростойкой пластмассы или стали
с непроницаемыми для пыли уплотнениями. Применение
полиэтиленовых и випипластовых труб для электропрово-
док в пожароопасных помещениях запрещается, так как
эти трубы сгораемые.
В пожароопасных помещениях всех классов допуска-
ется прокладка изолированных проводов марок АПВ и
А ПР на изоляторах при напряжении не выше 250 В отно-
сительно земли и при расположении проводки па подо-
стуцной высоте (по фермам, па тросе и т. д.), вдали от
скопления горючих веществ.
В помещениях классов П-П, П Па и П-Ш допускается
применение открытых крановых троллейных проводов
при условии, что опп не будут расположены над материа-
лами, могущими воспламениться от упавшей раскаленной
частицы металла провода или токоприемника. В помеще-
ниях же классов П-I тоьоподвод к кранам должен быть
осуществлен шланговым кабелем КРИТ.
6-9. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И СЕТИ ВЗРЫВООПАСНЫХ
ПОМЕЩЕНИИ
Наибольшую опасность при искрообразовапии пред-
ставляют собою электродвигатели и светильники; электро-
проводки в этом отношении менее опасны.
213
Создание электрооборудования во взрывозащищенном
исполнении (например, при установках с ацетиленом)
встречает большие затруднения из-за необходимости обес-
печения механической прочности, герметичности и т. д.
Поэтому иногда электродвигатели ставят в соседние поме-
щения с невзрывоопаспой средой и соединяют с рабочей
машиной валом, проходящим через стену с сальниковым
уплотнением; светильники располагают снаружи оконных
проемов; в необходимых случаях применяются специаль-
ные световоды \ проводка проходит вне взрывоопасных
Рпс. 6-35. Принципиальная
схема щелевой защиты взры-
вопспроницаемой оболочки.
а — ширина зазора; Ъ — длина
зазора.
помещений п выполняется без
специальных требований.
Согласно «Правилам изго-
товления взрывозащпщенного и
pj длинного электрооборудова-
ния» (ПИВРЭ) взрывозащищен-
пое электрооборудование имеет
ряд исполпспий. Наиболее рас-
пространенным является взры-
вопепроницаемое исполнение
с применением щелевой пли
фланцевой защиты. Электрообо-
рудование при таком исполне-
нии заключается в кожух вы-
сокой механической прочности, способный выдержать
давление взрыва смесей снаружи и внутри кожуха.
При взрыве внутри кожуха газы, проходящие в
зазорах фланцевых соединений кожуха (рис. 6-35),
по должны передавать пламя в окружающую среду и
электрооборудование будет взрывонепроницаемым (флан-
цевая нтп щелевая защита). Опыт показал, что различные
взрывоопасные смеси могут передавать взрыв с частотой
более 50% через зазоры длиной 25 мм и разной ширины,
величппа которой определяет категорию смеси.
Согласно 11УЭ величина зазора между поверхностями
фланцев шириной 25 мм, при которой частота передачи
взрывов составляет 50% общего числа взрывов при объеме
оболочек 2,5 л в зависимости от категорий взрывоопасной
смеси получается: 1-я категория — более 1 мм, 2-я кате-
гория — 0,65—1 мм, 3-я категория 0,35—0,65 мм; 4-я
категория менее 0,35 мм.
1 Световоды — устройства для передачи луча света на рабочее
место в загроможденном помещении.
214
Рис. 6-36. Принципиаль-
ная схема барьерной за-
щиты.
Взрывоопасные смеси в зависимости от температуры
воспламенения делятся согласно ПУЗ па группы: А — бо-
лее 450; Б —300-450, Г —175-300, Д —120-175 °C.
Каждая взрывоопасная смесь характеризуется индек-
сом, указывающим категорию и группу. До 1967 г., напри-
мер, аммиак имел индекс 1А, что соответствует категории
1 и группе А, ацетон 2А, эфир ЗГ, водород 4А, сероугле-
род 4Д и т. д.
Взрывонепроницаемое электрооборудование, изготов-
ленное для данного типа смеси, имело маркировку с бук-
вой В, помер категории и группы смеси. Например, све-
тильник ВЗГ обозначал взрывонепроницаемый светильник,
рассчитанный па работу в помещениях со взрывоопасными
смесями категориями 3 и ниже,
т. е. 1 и 2, и группами Г и ниже,
т. е. А и Б.
ПИВРЭ установили новые
группы взрывоопасных смесей по
температуре самовоспламенения;
Т1 — свыше 4о0 С, Т2 — свыше
300 до 450 С, 13 — свыше 200
до 300 °C, Т4 — свыше 135 до
200 °C и Т5 — свыше 100 до 135°С.
Соответственно ПИВРЭ принята
повая маркировка взрывонепропицаемого электрообору-
дования. Индекс ВЗ указывает на взрывоопасную смесь
третьей категории, а индекс ТЗ — на группу по темпера-
туре самовоспламенения. Старая маркировка ВЗГ соот-
ветствует новой ВЗТ4.
В помещениях В-I и В-I а применение алюминиевых
проводников не допускается, так как при коротком замы-
кании и электрической дуге внутри кожуха раскаленные
частицы алюминия, разлетающиеся от места короткого
замыкания, не охлаждаются в воздухе, как это имеет место
с медными, а продолжают гореть, поскольку алюминий
является веществом, сгорающим в воздухе при определен-
ной температуре. Горящие частицы алюминия усиливают
опасность передачи взрыва через зазор, вследствие чего
должна быть применена так называемая барьерная за-
щита, принцип которой состоит в применении лабиринтных
соединений (рис. 6-36). При возникновении взрыва в
кожухе газ и раскаленные частицы проходят зазор и
попадают в расширитель Ult в котором образуется вихре-
вое движение, сопровождающееся задержанием раскалсп-
215 '
пых частиц и интенсивной отдачей топ ла стенкам. Затем
газы через зазор 6, попадают в расширите ль I 2 и через
зазор д3 в окружающую среду уже с безопасной темпера-
турой. Чпсло расширителей может быть один, два и более
n Зависимости от категории и группы смеси, объема
расширителя, свободного объема оболочки и других факто-
ров. Выполнение электрооборудования с барьерной эащи
той, позволяющей применение алюминиевых проводки
ков, осваивается заводами электропромышленности.
Кроме взрывопонропицаемого исполнения (В), приме
ияются следующие взрьтвозащпщеппыо исполнения: квар-
цевое заполнение (К.), искробезопасное (В), повышенной
надежности (11 для подземных выработок, 11 для помете
пий и наружных установок), с автоматическим снятием
напряжения с токовсдущпх частой (Л только для подзем-
ных выработок), продуваемое под избыточным давлением
(II только для Помещений и наружных установок), масло
наполненное (М только для помещений и наружных уста
новок) и специальное (С).
Кварцевое заполнение состоит в том, что обмотки
(например, трансформатора) засыпаются кварцевым пес
ком, который исключает возможность появления искры
при замыканиях внутри кожуха трансформатора.
Электрические машины и аппараты повышенной на-
дежности (II) изготовляются таким образом, чтобы нсклю
чалась возможность возникновения искр, электрической
дуги пли опасных температур в тех местах, где они ио долж-
ны иметь места при нормальной работе п пусковом режиме,
а нормально искрящие части должны быть в любом дру-
гом взрывозащшценном исполнении.
Пример установки синхронного двигателя в исполнении но-
ны ниш ной надежности (Н2Г по старой маркировке) покапан сх<
матично на рис. 6-37. Открытая обмотка двигателя напряжением
0,38—6 кВ по сравнению с двигателем нормального щполпенни
имеет меньшую плотность тока и пониженную па iO С температуру.
Контактные кольца двигателя заключены в специальный кожух,
продуваемый под давлением свежим воздухом, с выходом его в оь
ружающую среду через специальную лабиринтную перегородку,
исключающую передачу искры наружу. Возбудитель 2 вынесен
в отдельное поме1цепио с нормальной средой, на валу электродви-
гателя •/ устанавливается вентилятор 3, подающий свежий воздух
на кольца 5 синхронного двигателя J.
После подачи команды «пуск» взрыво.ннцшценпым ключом на
посту управления ПУ in рабочего взрывоопасного помещения на
чппает пращап^я возбудительный агрегат (при снятом возбужде
нив) с вентилятором на валу и в течение заданного времени (каирн
мер, в течение минуты) продувает кольца синхронного двигателя,
216
посл<’ чего включается цепь статора синхронного двигателя, далее
нуск производится обычным порядком. Подача воздуха в колпак
с кольцами с давлением иа входе нс мспгс 30 мм вод. ст. контроля
русте и реле давления, п ст прекращение вызывает отключение сип
уронит о двигателя.
При маслонаполненном исполнении (М) все нормально
искрящие части аппарата (например, ключа управления,
контактора, пускателя и пр.) погружены в масло на глу-
бину по менее 10 мм, что исключает их соприкосновение
со взрывоопасными смесями.
Примером исполнения двигателя, продуваемого под
избыточным давлением, могут служить асинхронные дви-
Рис. 6-37. Схема установки синхронного двигателя
в исполнении нопышепнон надежности.
га гели серий ДАМСО и АТД с короткозамкнутым ротором
с элементами повышенной падежпости против взрыва
1111'11 (рис. 6-38). Подача воздуха для продувки электро-
двигателей может бып» индивидуальная или групповая
с резервированием для бес перебойной работы продувки
г давлением воздуха в месте выхода из кожуха не менее
30 мм вод. ст.
Искробезопасное исполнение (И) предусматривает та-
кое соотношение токов, панряжений, индуктивностей и
емкостен в участках цени электрооборудования, при ко-
тором искра, получившаяся при нормальных коммутацией
пых процессах и при повреждении иг короткою замыка-
ния, была бы ж» в состоянии воспламенить ту или иную
смесь. Воспламеняющим током в индуктивной цени и
воспламеняющим напряжением в емкостной цепи пазыва
инея ток и напряжение. вызывающие воспламенение смеси
с вероятностью 0,01)1. Искробезопасным током или напря-
жением называются ток и напряжение в 2 раза меньшие,
чем воспламеняющие. Кроме схемных решений, примени
217
ются заливка элементов системы термореактявным компа-
ундом, герметизация и пр.
Наконец, примером специального исполнения может
служить электродвигатель каталитического крекинга мощ-
ностью 2 200 кВт (США),заключенный в заполненный инерт-
ным газом СО2 кожух (рис. 6-39). Для поддержания в ко-
жухе избыточного давления устанавливается баллон с СО2
или другим инертным газом, что в течение одной-двух
недель обеспечивает взрывобезопасную работу двигателя.
Рис. 6-38, Установка двига-
теля ЛТД в продуваемом ис-
полнении.
Рис. 6-39. Электродвигатель
каталитического крекинга
мощностью 2 200 кВт в ко-
жухе, заполненном СО2 (США).
Маркировка взрывопепроницаемого исполнения В от-
носится к помещениям и наружным установкам. Для
подземных выработок веред буквой В ставятся цифры от
1 до 4, соответствующие напряжениям до 65—127—660—
6000 В п токам к. з. соответственно до 100—150—15 000—
10 000 А. Например, ЗВ соответствует напряжению до
660 В и токам к. з. до 15 000 А. Кроме того, для электрообо-
рудования, применяемого в подземных выработках, име-
ется общая маркировка РВ — рудничный взрывобезо-
пасный, РЛ — рудничный повышенной надежности про-
тив взрыва, PH — рудничный нормального исполнения.
218
Проводка во взрывоопасных помещениях классов В-1
п В-Ia выполняется взрывонепроинцаомой, что достига-
ется применением кабелей марки ВБВ с броней, покрыто!!
полихлорвиниловой оболочкой, что обеспечивает механи-
ческую прочность и антикоррозийную защиту, или изо-
лированными проводами марки ПВ и ПОТО, проклады-
ваемыми в водогазопроводных стальных трубах, соеди-
няемых специальными взрывозащмщеииыми фитингами
исполнения ВЗГ. Фитинги изготовляются для труб диа-
метром 3/4; 1; 1,5 и 2* различных конфигураций — кон-
цевые, проходные, тройниковые и т. п.
Взрывопепронпцаемость проводки в трубах дости-
гается соединением всех труб па резьбе с числом ниток пе
менее пяти полных. Такое же количество ниток резьбы
выполняется па крышках фитингов. Для сокращения объ-
ема взрыва внутри системы труб и аппаратов применяется
уплотнительный фитинг типа ФИЗ, который заливается
специальным уплотнительным составом УС-65, позволяю-
щим производить заливку и демонтаж при ремонтах без
применения огня. Смонтированные трубопроводы испы-
тываются на плотность давлением в помещениях класса
В-I до 2,5 кгс/см2 и классов В-Ia, В-П, В-Па до 0,5 кгс/см2.
В помещениях классов В-Ia, В-16, В-П, В-Па и наруж-
ных установках В-1г допускается применение проводников
с алюминиевой жилой, причем для помещений классов
В-16 и установок В-1г проводники выбираются, как для
невзрывоопаспых помещений. Для помещений класса
В-П необходимо применение бронированных кабелей
ЛВВВ или проводов в стальных трубах; для В-Па допус-
кается применение небронированных кабелей.
Для питания передвижных элсктроприемников, кра-
нов, тельферов и т. п. во всех помещениях применяется
гибкий шланговый кабель марки КРИТ.
Для подземных выработок угольных тахт при непод-
вижной прокладке применяются обычные бронированные
кабели с медной жилой, а для передвижных электронри-
емпиков специальные гибкие шахтные кабели с резиновой
изоляцией марок ГРШС и ГРШСН (негорючие) при напря-
жении до 1 000 В.
Иаша электропромышленность изготовляет взрывоэа-
Щищенпые пускатели, силовые распределительные шкафы
или осветительные щитки для угольных шахт. Пример
шахтного электрооборудования во взрывонепропицаемом
исполнении, выпускаемого в СССР, показан на рис. 6-40.
219
Рис 6-40. Взрывонепроницаемый
шахтный автомат типа АФВ.
За рубежом для пефтегаэохимической промышленности
изготовляются пусковые и коммутационные аппараты,
рассчитанные на установку во взрывоопасных помеще-
ниях. На рис. 6-41 приведен пример взрывозащпщенного
распределительного пункта, разработанного в СССР.
На прсдпрпятпях нефтегазохимической промышлен-
ности рядом с взрывоопасными помещениями сооружа-
ется специальные элсктропомещения, в которых устанав-
ливаются распределительные силовые шкафы, осветитель-
ные щитки и* пусковая аппаратура нормального испол-
нения. Электродвигатели,
пусковые кнопки или клю-
чи, а также светильники
устанавливаются во взры-
воопасных помещениях.
Устройство .электропоме-
щения и трассы электро-
проводок зависят от плот-
ности газов, образующих
взрывоопасную смесь.
Наиболее просто решается
вопрос при легких газах,
например водороде, кото-
рый значительно легче воз-
духа и надежно удаляется
вентиляцией. Газы тяже-
лее воздуха изменяют
плотность в зависимости
от температуры и обла-
дают свойством «ползучести». Известен случай взрыва от
спички в кабельном канале отдельно стоящей подстан-
ции, от которой в земле были проложены кабели во взры-
воопасный цех. Прокладка кабелей велась в зимнее время,
траншея была плохо утрамбована, и газ через неплот-
ности в траншее «заполз» на подстанцию.
В установках пефтегазоперерабатывающей промыш-
ленности образуются взрывоопасные газы тяжелее воздуха,
поэтому пол в электропомещениях и помещениях транс-
форматорных подстанций должен быть поднят на отметку
0,5—0,7 м, а дно кабельных каналов — на отметку 0,15—
0,2 м над уровнем пола цеха взрывоопасного помещения.
Электроцомещеппя должны быть обеспечены напорно-
принудительной вентиляцией с забором чистого воздуха
с высоты не менее 15—18 м.
220
Элсктропомещения должны иметь отдельный вход сна-
ружи или из нормального помещения, а в степе, отделяю-
щей электропомещение от взрывоопасного, необходимо по
возможности избегать проходов для электропроводок,
выполняя последние с выходом наружу и вводами элек-
тропроводки во взрывоопасное помещение снаружи. При
неизбежности проходов через упомянутую стену они вы-
полняются с герметизацией, в соответствии со специаль-
ной инструкцией.
Рис. 6-41. Силовые взрывозащищенные распределительные
’ пункты тина РПВ-2 и РПВ-4 в исполнении II3T4 (СССР).
На рпс. 6-42 представлена схема электропроводки во
взрывоопасном помещении. При проводке в стальных
трубах необходима установка уплотнительных фитипгов
в местах, указанных па рис. 6-42.
Проводка бронированным кабелем предпочтительна,
так как по требуются уплотнения в трубопроводах. Прп
небольших количествах (10—15 шт.) наружная прокладка
кабелей выполняется во стопам, на скобах и кронштей-
нах. Прп больших количествах кабели прокладываются
вдоль здания в кабельных каналах и вводятся в стальных
трубах во взрывоопасное помещение. Кабельный канал
221
в местах входа кабелей в помещения засыпается песком
на расстоянии 1,5—2 м во избежание проникновения газов
из каналов и в каналы. Внутри взрывоопасных помещений
ПРТО(Т)
ПОН
/ зл
МА36
СБГ
7/77777, 777777777/77/7777/777/777. ’ ZZ7
СРБГ
ЛРТО(Т)
ЛК
ПРТО Т)
СЛ+БН
Рис. С-42. Схема электропроводки во взрывоопас-
ном помещении класса В-1.
ФПЗ — фитинг разделительного уплотнения; ПК — пере-
ходная взрывобезопасная коробка с кабеля на провод;
ЭП — электропомещение; СП + БП — силовой пункт и
блоки управления двигателями типа МА36.
Рис. 6-43. Установка переходной коробки с ка-
беля на провод и ключа управления типа К У700 2
с масляным наполнением около двигателя во
взрывоопасном номещсппп.
с легкими газамп (водород) кабели прокладываются
в обычных каналах, а при газах с плотностью 0,8 п
более канал должен быть засыпай песком, что снижает
222
допустимую нагрузку кабелем Поэтому кабели рекомен-
дуется прокладывать но верху в лотках и т. п.
Опыт эксплуатации нефтеперерабатывающих заводов
показывает, что электродвигатели часто подвергаются
демонтажу (со снятием с фундамента) пз-за необходимости
частого ремонта и чистки насосов нефтепродуктов, поэтому
требуется иметь гпбкую взрывозащпщенную подводку
к электродвигателям. К более крупным двигателям под-
водка обычно выполняется негибким бронированным ка-
белем с бумажной изоляцией. В этих случаях необходимо
устройство специального перехода с кабеля на изолиро-
ванный провод, который подводится в гибком металли-
ческом шланге взрывозащищенного типа пли в стальной
трубе, внутри которой кабель присоединяется к проводу
для освобождения двигателя от подводки. Переходный
фитинг с кабеля па провод показан па рис. 6-43.
6-10. СЕТИ ДЛЯ ПЕРЕДВИЖНЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМПИКОВ
В помещениях, не опасных по пожару п взрыву, а
также при определенных условиях, указанных в § 6-8, и
в пожароопасных помещениях класса П-I 1а и П-Ill пе-
редвижные токоприемники (краны мостовые,консольные,
велосипедные, башенные, козловые; кран-балкн и элек-
тротали, напольные машины, за-
валочные, манипуляторы и т. п.)
питаются от контактных прово-
дов — троллеев, выполняемых из
стали. Голые медные троллеи при-
меняются только для контактной
сети внутризаводского и руднич-
ного электрифицированного транс-
порта. Стальные троллеи имеют
большую механическую прочность
и обеспечивают более надежную
работу цеховых передвижных ме-
ханизмов. При малых токах нагрузки применяется
круглая или колосовая сталь, а мри больших токах —
угловая сталь размером от 50 X 50 X 5 до 75 X 75 X 8 мм.
Если угловая сталь этого размера недостаточна по
пропускной способностп или по потере напряжения, то
применяется угловая сталь сечением 50 X 50 X 5 мм
с подпиткой алюминиевой лентой сечением 3 X 20 мм и
выше, проложенной вдоль троллея. Значительная часть
Рис. Сн44. Схема распо-
ло/коиия подпитки для
троллея.
1 — стальной троллей; 2 —
алюминиевая лента.
223
тока в этом случае проходит через алюминий, который
должен быть расположен несколько в стороне от стального
сечения троллея (рис. 6-44), так как вокруг алюминиевого
проводника получается усиленное магнитное поле, вызы-
вающее повышенные потери энергии от вихревых токов
в стали. Применение для троллеев рельсов и швеллеров да-
Рис. 6 45 Схемы крановых троллеев.
а, е, О — троллеи соответственно для одного, двух и трех кранов при питании
в одну точку; б, г, е — тоже, ио при питании в две точки; 1 — кран; 2 — рабочий
участок троллеев; з — ремонтный участок троллеев; 4 — вводный автомат;
5 — рубильник ремонтного участка (или секционный).
же для постоянного тока нецелесообразно, так как ведет
к значительному перерасходу стали и увеличенным по-
терям энергии.
Согласно ПУЭ троллейная линия должна отключаться,
а выключатель, расположенный, у места входа на крановую
площадку, должен запираться.
Для питания потребителей I категории, например
разливочных кранов мартеновских цехов, применяется
224
двойное питание с секционированием троллеев (рис. 6-45).
Па концах подкрановых путей выделяются ремонтные
за гопы, троллен которых отключаются особым рубильни-
ком и заземляются для ремонта кранов. Прп большом ко-
личестве кранов в одном пролете выделяются ремонтные
загоны в середине пролета; троллеи на этих ремонтных
загонах соединяются так, чтобы можно было отключать
ремонтные участки троллеев без нарушения питания ра-
бочих секций троллеев.
Для питания приводов напольных машин и манипу-
ляторов, движущихся по проложенным по полу цеха
рельсам, троллеи монтируются в закрытых каналах; в
Рис. G-46. Схема установки лыяшых троллеев на козловых
кранах.
1 — ноги крана; 2 — лыжные троллеи; 8 — токосъемник на шарнире;
4 — кабель, питающий токосъемник; 5 — стойка с тог осьемником.
покрытии канала остается щель шириной 80—100 мм,
через которую проходит кронштейн с токоприемниками.
Последние вместе с троллеями должны быть расположены
пе под щелью, чтобы случайно упавшие в щель предметы
не могли вызвать короткого замыкания. Имеются случаи
применения подобных троллеев длиной 700 м в открытой
установке, при напряжении 6 кВ, для питания крана на
судоверфи. Прп небольших длинах участка перемещения
напольных машин и башенных крапов применяются спе-
циальные кабельные барабаны с пружиной и шланговые
кабели КРПТ и ГРШ.
Для питания электрооборудования наружных козло-
вых крапов прп малых длинах хода применяются кабель-
ные барабаны и шланговый кабель, при большой длине
хода — особые стойки высотой 3 м, на которых располо-
жены шарнирные токоприемники (рис. 6-46). На ферме
крапа располагаются сами троллеи — лыжи рабочей по-
8 Мукосеев Ю. Л,
225
верхпостью вверх и длиной несколько больше расстоянии
между стойками; край, передвигаясь от стойки к стойко,
слегка приподнимает токоприемники при помощи своих
Рве. 6-47. Тролленный шпионр< и<»т.
а — короб шшюирополд; б — токос ьгмпъм* тележки троллейного
лншопроиода.
троллеев, закругленных у краев. Токоприемники ня стои-
ках питаются кабелем по схеме цепочки.
Волге совершенной системой являются троллейные
шинопроводы, состоящие из стального короба с нижней
или боковой щелью для токосъема. В коробе устанавлива-
ются медные троллеи на фарфоровых изоляторах, токо-
226
Рис. 6-48. Питание электроинструмента па сборочном
конвейере от троллейного шинопровода.
Рис 6-49. Схема питания крана Во взрыво-
опасном помещении.
1 — каток; 2 — наротка для троса н гибкого ка-
беля; з — гибкий кабель, 4 — трос, тянущий каретки.
8*
съем осуществляется специальной тележкой с токосъем-
пиками (рис. 6-47). Троллейные шинопроводы нашли
применение для питанпя высокочастотного электроин-
струмента па сборочных конвейерах автомобильной и
других отраслей промышленности (рис. 6-48).
Троллейный шинопровод типа ШТМ72 с медными
шипами на 400 А, 660 В обеспечивает питание мостовых
крапов грузоподъемностью до 75 тс.
Питание кранов в цехах, опасных в отношении пожара
(П-I) и взрыва, выполняется с помощью шлангового ка-
беля марки КРПТ, подвешиваемого па роликах и перед-
вигающегося по конструкции вдоль пути крана (рис. 6-49).
6-11. СЕТИ ДЛЯ СВАРОЧНЫХ УСТАНОВОК
Нагрузка, создаваемая дуговой и контактной элек-
тросваркамп, характеризуется низким значением коэф-
фициента мощности, вследствие чего необходимо приме-
нять сети с малым индуктивным сопротивлением — сети,
выполненные многожильными кабелями, проводами в тру-
бах п закрытыми шинопроводами с расположением шин
по схеме спаренных фаз. Реактивные сопротивления таких
сетей 0,02 —0,07 Ом/км, в то время как
реактивное сопротивление воздушных про-
водок на изоляторах — 0,3 Ом/км.
Опыт эксплуатации показал, что про-
водка в трубах, выполненная одножиль-
ными изолированными проводами, непри-
годна для питания сварочных установок,
так как толчкообразный характер сва-
рочной нагрузки создает электродинами-
ческие усилия между проводами; послед-
ние перемещаются относительно друг друга
и перетирают изоляцию, что ведет к ава-
риям. Вследствие этого применение сво-
бодной прокладки одножильных проводов в трубах и
коробах для питания сварочных нагрузок пе рекомен-
дуется. Для этой цели должны применяться двухжильные
провода марки АПРТО, кабели марок АСБГ, АВРБГ,
АНРБГ или четырсхжпльные кабели тех же марок, а
также ААБГ, поскольку двухжнльпые кабели маркп ААБГ
нс изготовляются но ГОСТ.
Четвертая жила в кабелях имеет сечение, равное
половине фазной жилы, и определяет пропускную способ-
228
Рис. 6-50. Пере-
крестная схема
включения чс-
тырохжилт.пого
кабеля для пи-
тания однофаз-
ной пагрузкп.
ность четырехжпльпого кабеля прп однофазной нагрузке.
Этот кабель включается по перекрестной схеме дня
максимального снижения реактивного сопротивления
(рис. 6-50). В одной паре жил, состоящей из двух жил
полного и половинного сечения, можно пропустить ток,
равный 1,5 допустимого по ПУЗ тока для трехжильных
кабелей.
Например, для кабеля марки ААБГ(3 X 50 1 X 25) допу-
стимый ток при трехфазной нагрузке составляет 110 А. Для кабеля
марки ААБГ (3 X 50) допустимый ток 120 А (за счет отсутствия
тепловых потерь четвертой жилы). Прп работе в однофазном режиме
нагрузка четырехжильного кабеля 120 А в фазпой жиле и 60 Л в пу-
левой — всего 180 А. Две другие жилы фазного сечения будут
нести ток до 90 Л; пх недогрузка пе может быть использована, так
как пропускная способность кабеля в этом случае будет опреде-
ляться нагревом фазпой жплы, работающей в паре с пулевой.
Последняя также будет недогружена, напри-
мер, в нашем случае ток по сечению 25 мм2
будет 60 Л, в то время как допустимый ток
трехжнльного кабеля марки ААБГ сечением
(3 X 25) составляет 80 А.
Таким образом, четырехжильный кабель
с сечепмем пулевой жилы, ранным половине
сечения фазпой жилы, имеет пропускную
способность в режиме однофазной нагрузки,
равную 150% пропускной способности такого
же трехжильного кабеля напряжением до 3 кВ.
В ряде случаев пропускная способ-
ность кабелей получается все же недо-
статочной. Кроме того, требуется спе-
циальное исполнение гибкого кабеля
во вторичных цепях сварочных машин
на большие токи и малые напряжения,
например для сварочных клещей или
этих целей применяется специальный шестижильный ка-
бель с прямыми и обратными жилами с малым индуктив-
ным сопротивлением, показанный на рис. 6-51. Прп мощ-
ностях сварочных клещей 340—400 кВ-А со сварочным .
током до 40 кА и вылете клещей до 1,5 м специальные
кабели дают недопустимую потерю напряжения,поскольку
само рабочее напряжение составляет всего 16—18 В;
в этом случае применяются шарнирные медные шипы с
посеребренными контактам и.
Для мелких сварочных токоприемников, применяемых
в большом количестве, например прп дуговой сварке в
цехах металлоконструкций, судоверфях, важно присос-
Рис. 6-51. Кабель
с прямыми и об-
ратными жилами
с малым индукгш;-
ним сопротивле-
нием.
1— тоководу щие жи-
лы; 2 — внутренняя
изоляция; з — на-
ружная изоляция.
пистолетов. Для
229
динение пх с равномерной разбивкой по фазам. Это должно
контролироваться, так как в эксплуатации наблюдались
случаи подключения, сварочной нагрузки на две фазы.
6-12. СЕТИ ДЛЯ УСТАНОВОК ПОВЫШЕННОЙ ЧАСТОТЫ
При повышении частоты переменного тока резко уве-
личиваются описанные выше эффекты, в частности поверх-
ностный эффект; вследствие вытеснения тока к наруж-
ным частям проводников рабочая часть сечения ограни-
чивается глубиной проникновения электромагнитной вол-
ны в металл, при которой амплитуда ее уменьшается в е
раз. Для волны, падающей на плоскую поверхность ме-
талла, глубина проникновения
Z = 1/~ 2р
(6-1)
где со = 2л/ — угловая частота; / — частота, Гц; jt —
магнитная проницаемость материала проводника (для меди
и алюминия р = 1); р0 — магнитная проницаемость ваку-
ума, 4л-10 9 Г/см; р — удельное сопротивление при
£ = 80 °C, для меди 2,1-10 6 Ом-см и алюминия 3,6 х
X Ю с Ом-см.
Значения глубины проникновения приведены ниже:
П Гц...........50
Zo меди, мм . - . Bi.5
Zo алюминия, мм 13,5
209 500 1 000 2 500
5.3 3,5 2,4 1,5
6,8 4,3 3,0 1,9
8000 10000 100000
0.85 0,76 0.024
1,0 0,9 0,03
При повышении частоты использование сечения алю-
миния получается более высоким, чем медного. При круг-
лом сечении проводника фропт электромагнитной волны
по мере прохождения вглубь сужается, благодаря чему
глубина проникновения Z() увеличивается. Оптимальное
сечеппе уединенного проводника, полностью заполненного
током и не подверженного действию эффекта близости,
получается диаметром л20, что при частоте 50 Гц соот-
ветствует: для меди 33 и для алюминия 42 мм.
В установках повышенной частоты сопротивление ча-
сто подсчитывается, исходя из реально используемого
сечения, ограниченного глубиной проникновения Zo, од-
нако этот метод применим только для уединенного провод-
ника с круглым сечением. В этом случае реальное сечение,
пропускающее ток повышенной Частоты, действительно
будет равно площади кольца, толщиной Zo, с наружным
диаметром, равным диаметру провода. При прямоуголь-
230
Пом сечепии одиночного проводника ток пойдет не по
периметру (как это часто ошибочно излагается в техни-
ческой литературе), а будет вытесняться к торцевым ча-
стям, и в средней части ток проходить не будет. Кривая
плотности тока при повышенной частоте показана на рис.
6-52. Если такую шину сложить пополам, то ток опять
пойдет только по крайним граням шипы, как указано па
рпс. 6-52, б\ заставить его проходить ио боковым граням
можно только путем использования эффекта близости.
При частотах до 1 000 Гц сечения проводников разме-
ром до 16 мм2 имеют диаметр по более 5,1 мм, т. е. не более
2 Zo, благодаря чему их активное сопротивление при
Рис. 6-52. Эпюры плотности тока для уединенной
шины прямоугольного сечения при высоких ча-
стотах.
частоте до 1 000 Гц мало отличается от активного сопро-
тивления при частоте 50 Гц. Поэтому для проводов и ка-
белей сечением до 16 мм2 включительно допустимые на-
грузки прп частоте до 1 000 Гц могут быть приближенно
приняты такими же, как и при частоте 50 Гц. Для провод-
пиков и кабелей сечением 25 мм2 и выше прп повышении
частоты допустимые токи будут уменьшаться в соответ-
ствии с величиной рабочей части ссчсиия проводников.
Эта величина определяется глубиной проникновения в
условиях эффекта близости, заставляющего ток прохо-
дить по граням, смежным с другими несущими ток обрат-
ного направления проводниками.
В трехфазных сетях повышенной частоты резко увели-
чивается эффект переноса мощности, и проводники в них
должны располагаться только симметрично по вершинам
треугольника. Величина Кл возрастает с увеличением
размеров проводника и частоты, например, при сечении
231
алюминиевого кабели 3 X 210 мм3 и частоте 80UU Гц
А л =7. Это означает, что допустимый ток в таком случае
должен быть снижен примерно в J 7 = 2,68 раз, что спи
детельствуст о весьма неэкономичном использовании ме
талла проводника. Принимая условно в первом при
блнжепин допустимым увеличение Л сдо щух, г. е. у.меиь
теине допустимого тока в j'2 ==1,41 раза, приходим
к пределу рационального использования существующих
конструкций кабелей с алюминиевой жилой при повы-
шенных частотах до 1 000 Гц — в однофазных сетях сече-
нием 2 X 95 и в трехфазпых 3 х 95 мм3 |.1. 6-101.
Д 1я более крупных сечений и болео высоких частот
необходимо применять специальные конструкции кабелей
в виде бифил яркой концентрической си
Рис. 6-53. Кон-
цеитрпчес кии
кабель дли по-
вышенной ча-
стоты.
стемы (рис. 6-53). Толщина внутренне)!
жилы определяется выражением nZ0 и
наружной — но эквивалентному сечению
внутренней жилы. В гаком концентриче-
ском кабеле весь металл будет нести ток,
и потерн энергии будут минимальными.
Дополнительное достоинство концентри-
ческих кабелей состоит в малом индук-
тивиом сопротивлении, которое возрастает
пропорционально частоте. Для канализа-
ции болыних токов следует применять
несколько таких кабелей, включенных
параллельно.
В грехфазных сетях должны применяться такие же
кабели, включаемые по схеме спаренных фаз с любым
расположением кабелей, поскольку все магнитное поле
будет находиться внутри кабелей между жилами. Попытки
создать трехжпльпый концентрический кабель по оправ-
дались, так как в результате неодинакового переноса
мощности по фазам симметрия токов и напряжении ис-
кажается.
Допустимые токи некоторых проводников при повы-
шенной частоте приведены в приложении и П-Ш.
При больших токах применяются прямоугольные ши-
пы, сближенные широкими сторонами. При таком сбли-
жении шип с противоположным направлением тока весь
ток сос]м‘доточпвается под действием эффекта близости
и.» внутренних гранях н рабочее сечение шины получа-
ется равным произведению высоты шины на глубину
232
проникновения (рис. (> 5'i). Если начать раздвигать шипы,
то ток постепенно будет переходить с широкой стороны
на торцевые; при достаточном удалении (3 м и более) ток
пойдет только по торцевым граням, как отмечалось выпи».
Исследования Вильямсона показали, что при расстоянии
между шипами, равном 1/i высоты шипы, сопротивление
переменному току повышенной частоты и Лд получаются
минимальными, что соответствует прохождению тока по
трем граням — боковой и двум торцевым, с максимальным
рабочим сечением. Га кое расположение шин вызывает
значительное магнитное поле
между шипами и большую вели-
чину индуктивного сопротив-
ления, практически недонусти-
Рис. (i-55. Схемы распо-
ложения mini в много-
полие н i.i х in н в он рово да х
повышенной чистоты.
а — пешихтоплппые шины;
б — шихтованные шипы.
Рпс. U-54. Бифплярнлн
проводка двумя шинами
при повышенной частоте,
л — сблпжслные шипы; б —
шины ил расстоянии */« вы-
соты шипы.
мую. Поэтому шины ставятся возможно ближе Круг
к другу на расстояние, допустимое но условиям напри
женин: минимальный воздушный зазор 10 мм до 100 В,
20 мм при 800 В и 30 мм до 1 6<Ю В.
Толщина прямоугольных птпп прп повышенной частоте
по соображениям механической прочности берется равной
(» мм, хотя глубина проппкновспня получается значительно
меньше. При шихтованном расположении шип с прямыми
и обратными направлениями токов крайние шины рабо-
тают только одной гранью — внутренней, так как наруж-
ная грань тока по несет (рис. G-55). Внутренние шипы
работают обеими гранями.
Для трех фазных шинопроводов повышенной частоты
оптимальным остается расположение шип по схеме спарен
ных фаз с соответствующим снижением допустимой нагруз-
ил
кп за счет глубины проникновения. Так, если шинопровод
ШМА при 50 Гц допускает 1 600 А, то при 400 Гц 1 140 Л.
Практически сети повышенной частоты встречаются
только при частотах до 10 000 Гц в установках индукцион-
ного нагрева.
Установки с частотой 50 кГц и выше работают, как
правило, блоками генератор—индуктор при индукционном
нагреве или генератор—конденсатор при диэлектриче-
ском нагреве; участки сети высокой частоты получаются
короткими и выполняются трубчатыми медными или
алюминиевыми шинами с внутренним охлаждением водой,
подводимой через изолирующие резиновые шланги. Плот-
ность тока при этом может быть повышена до нескольких
ампер на 1 мм2. Могут быть применены прямоугольные
шины с приваренной или припаянной трубкой для охлаж-
дения, как упоминалось выше. Водяное охлаждение при-
меняется иногда для обычных кабелей, прокладываемых
в резиновых, наполненных проточной водой шлангах,
что дает возможность повысить нагрузку на них и исполь-
зовать при высоких частотах.
Коммутационные аппараты на повышенную частоту
также выполняются с водяным охлаждением главных
неподвижных, а иногда и подвижных контактов в зависи-
мости от частоты, с повышением которой увеличивается
мощность потерь. При токах контактора до 400 А искус-
ственного охлаждения пе требуется. При токах 400—800 А
при 8000 Гц и до 1200 А прп 2 500 Гц водой охлаждаются
только неподвижные главные контакты контактора. Прп
токе 1200 А и частоте 8000 Гц приходится охлаждать и
подвижный мостик контактора. Имеются конструкции
высокочастотных рубильников и переключателей на
1000—1500 А с водяным охлаждением неподвижных и
подвижных контактов.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
РАСЧЕТ II ЗАЩИТА СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 000 В
7-1. РАСЧЕТ СЕТЕЙ
Согласно ПУЭ расчет сетей напряжением до 1000 В
по экономической плотности тока производится для пред-
приятий, имеющих число часов использования максимума
234
(Ты) более 4 000—5 000; практически по экономической
плотности тока рассчитываются лишь сети постоянного
тока в электролизных установках, Для которых до-
стигает 8000 ч и выше. Остальные магистральные сети,
как и ответвления к отдельным электроприемникам, по
экономической плотностп тока не проверяются.
Сечение проводника, выбранного в соответствии с ус-
ловиями среды, должно обеспечить допустимый нагрев
при расчетном токе /м и допустимую потерю напряжения
при расчетном токе /м и пиковом /Пик- Кроме того, сечение
проводника проверяется при выборе плавкой вставки
предохранителя или уставки автомата, защищающих
данный участок сети по условиям нагрева токами пере-
грузки и короткого замыкания.
Длительно допустимые нагрузки на провода п кабели
с резиновой, бумажной, виниловой пли полиэтиленовой
изоляцией в зависимости от условий прокладки приво-
дятся в справочниках. Сечение проводника выбирается так,
чтобы для певзрывоопаспых помещений было соблюдено
соотношение
ZM /д,
а для ответвлений к двигателям с короткозамкнутым
ротором во взрывоопасных помещениях
1,257м</д,
где 7Д — допустимая нагрузка по ПУЭ, Л.
Провода и кабели, применяемые для ответвлений
к работающим в режиме ПКР электроприемникам,
выбираются по допустимым токам длительной на-
грузки, для чего ток приемника приводится к длитель-
ному.
Потеря напряжения, %, в проводах сети постоянного
или переменного тока с нагрузкой, имеющей costp — 1
(освещение лампами накаливания, нагревательные печи
без трансформаторов),
ДС/ = Л/-, (7-1)
где М — момент нагрузки, кВт-м, равный произведению
нагрузки (Рм или Риак, кВт) на длину провода (/, м);
s — сечение провода, мм2; с — постоянная, зависящая от
материала проводника, рода тока, напряжения и системы
235
сети (однофазная, двухфазная с нулем, грехфазпая, трех-
фазпая с нулем).
Значения постоянной с приведены в табт. 7-1.
Таблица 7-1
Напряже- ние сети, В Ток Коэффициент с для проводов
медных алюминиевых
660 Трехфазиый 231 138
380 220 Трехфаэшян с нулем 77 46
380.220 Двухфазный с иулем 34 20
220 Однофазный или постоянный 12,8 77
220/127 Трехфазиый с нулем 25.6 15.5
220 Трехфазиый 25,6 15.5
220 127 Двухфазный с нулем 11.4 6.9
127 Однофазный или постоянный 4.3 2,6
120 То же 3,8 2,3
110 » » 3,2 1,9
36 » » 0.34 0.21
24 0.153 0.092
12 » » 0.038 0,023
36 Т^юхфазпый без нуля 0.68 0,42
13 осветительных сетях с лампами накаливания, имею-
щих участки с четырьмя (три фазы и пуль), тремя (две
фазы и пуль пли три фазы без пуля) и двумя (фаза л нуль)
проводами, возникает задача рационального распреде-
ления располагаемой потери напряжения по указанным
участкам сети. Опа решается расчетом сети па минимум
расхода металла. Сечение головного четырехпроводного
участка сети, мм2,
__ 12 А/а -j- S 2
4 с Лврасп
(7-2)
где — сумма момептов чстырехпроводных участков,
кВт-м; т3 2 — моменты трех- и двухпроводных участков,
кВт-м; а — коэффициенты приведения моментов трех- и
двухпроводных участков к моментам четырехпроводной
сети (табл. 7-2); ДС7раСп— располагаемая потеря напря-
жения, %, с — постоянная, как в (7-1).
Полученное значение округляется до ближайшего
стандартного сечеппя, и определяется потеря напряже-
ния на четырехпроводном участке ДС74.
236
Таблица 7-2
Линия Ответвление Коэффициент приведения моментов а
Трехфазная с нулем Однофазное 1.85
То же Двухфазное с нулем 1.39
Двухфазная с нулем Однофазное 1.33
Трехфазная без пуля Двухпроводное 1,15
Аналогично подсчитывается сечение трехпроводных
участков
S3 =МА^»сп-лй) ( '
и да тсс — двухпроводных .
В сетях переменного тока при costp 1 потеря напря-
жения (в отличие от падения напряжения, равного IZ =
—I \fR2X2) определяется по формулам:
для сетей однофазного тока
ЛА/ 2/шц<£ (К cos ф+Х sin ф) 100 % (7_^
для сетей трехфазпого тока
I MJ= * 3 Уш1К^ (^cosy-l-^sinq)) 100 0-
где /пик — пиковый ток, A; U — напряжение сети, В;
L — длина линии, км; 77, X — активное и реактивное
сопротивления переменному току, Ом/км; costp — коэф-
фициент мощности при пиковом токе.
При расчете сети со стальными проводниками (напри-
мер, троллеев из сортовой стали без подпитки алюминием)
следует учитывать, что величины R и X зависят от плот-
ности тока и принимаются по таблицам. Стальные троллеи
с подпиткой алюминиевыми проводпикамп можно рас-
считывать как состоящие из одного алюминия, так как
проводимость самих стальных троллеев составляет всего
10—15%.
Для проводов и кабелей с алюминиевыми и медными
жилами значения Л и X приводятся в справочниках. При
расчеле токопроводов активное сопротивление определя-
ется но выражению, Ом,
Л. = ‘ [1 +а(Фп-20)], (7-6)
о
237
где р — удельное сопротивление проводника при расчет-
ной температуре 20е С; йп — допустимая рабочая темпе-
ратура проводника 80 С; I — длппа проводника, м; $ —
сечение проводника, мм2; а — температурный коэффициент
сопротивления; — коэффициент добавочных потерь.
Для расчета индуктивного сопротивления токопрово-
дов применяется метод среднегеометрическпх расстояний
(с. г. р.), предложенный в 1872 г. Д. К. Максвеллом.
Магнитное поле элементарного участка ds' действует
па другой элементарный участок ds", находящийся на
расстоянии d в пределах сечения проводника. Для того
чтобы определит}» собственную индуктивность данного
сечения, необходимо найти с. г. р. сечения от самого
себя. При этом предполагается, что плотность тока по
сечению практически постоянна, или частота переменного
тока низкая. Среднегеометрическое расстояние сечеппя от
самого себя gQ определяется из выражения его логарифма
111 = 4 § $ ln d ds' ds”>
s s
где s — площадь сечепия проводника.
Ниже приводятся некоторые значения с. г. р. от са-
мого себя для наиболее распространенных форм провод-
ников.
Среднегеометрическое расстояппе от самого себя пло-
щади круга радиусом г
£
go=re 4 = 0,78г.
Среднегеометрическое расстояние от самого себя пло-
щади прямоугольника со сторонами а и b равно 0,2236
(а -J- Ь). Соответственно для квадрата со стороной а
с. г. р. равно 0,447 а.
Для швеллера величина с. г. р. от самого себя полу-
чается как разность с. г. р. прямоугольника, образован-
ного высотой п шириной полки швеллера (рис. 7-1, б), и
с. г. р. прямоугольника, образуемого отверстием швел-
лера (рис. 7-1, в).
Индуктивность двух проводников, имеющих с. г. р.
от самих себя g0,
£=te]n£12
Я go ’
где р0 — магнитпая постоянная 4л-10 9 Г/см; g12 — с. г. р.
друг от друга двух площадей сеченпй проводников.
238
Среднегеометрическое расстояние между площадями
двух круглых, квадратных и кольцевых сечений равно
расстоянию между их центрами; с. г. р. между площа-
дями одинаковых прямоугольников определяется по вспо-
могательным кривым и таблицам [Л. 9-1].
При наличии нескольких проводников на фазу необ-
ходимо подсчитывать с. г. р. каждого проводника от осталь-
ных, что получается сложным. Для большого количе-
ства проводников значения с. г. р. определяются по кри-
вым, таблицам и т. д.
При большом количестве проводников и сложной кон-
фигурации проводников с поворотами и
единственным методом решения [
является физическое моделирова-
ние установки. Моделирование
выполняется с уменьшенными раз-
мерами проводников и с соответ-
ствующим повышением частоты --------1
пересечениями
переменного тока для сохране-
ния критерия подобия. Такое фи-
зическое моделирование имеет
преимущество в том, что оно учи-
тывает неравномерность плотпостп
О) «)
Рис. 7-1. Определенно
с. г. р. для швеллера.
тока по учениям, в то время как метод с. г. р. прини-
мает ее постоянной. Аналитический расчет индуктивно-
стей с учетом неравномерности плотности тока относится
к нерешенным задачам.
В промышленных сетях с низкими значениями coscp
нагрузок существенное значение имеет вторая слагающая
часть потери напряжепия Xsinq?0. Величина X практиче-
ски не зависит от сечения проводника, и попытки снизить
потерю папряжепия увеличением сечепия проводника
результатов не дают.
Характерным случаем является пуск двигателя с коротко-
замкнутым ротором при пптанпн по воздушной линии, имеющей
повышенное значение X (0,3—0,35 Ом/км в сетях до 1 000 В). Ве-
личина cos ф пускового тока составляет 0,3—0,35, что соответст-
вует sin ф = 0,955 — 0,94. В результате двпгатсль мощностью Рг
при пусковом моменте МП1 = 1,5 и пусковом токе, создающем по-
терю напряжения 50%, фактически сможет развить пусковой мо-
мент 1,5 «0,5® = 0,375 поминального. При начальном моменте со-
противления насоса 0,4 номинального двигатель не сможет развер-
нуться.
В то же время двигатель меньшей мощности, например Р2 =
= 0,7 Рг и MU2 = 1,5, прп пуске создает потерю напряжения всего
35%,так что пусковой момент будет 1,5 -0,652 «0,7 = 0,444 ио срав-
239
пению с первым двигателей. Таким образом, второй двигатель
.меньшей мощности разовьет больший пусковой момент (U,444 >
> 0,4) и двигатель с тем же насосом развернется.
Для протяженных ответвлений к двигателям с корот-
козамкнутым ротором допустимая потеря напряжения
определяется из условий сохранения пускового момента,
обеспечивающего разворот электропривода. Если началь-
ный момент сопротивления механизма обозначим в отно-
сительных единицах Л/щ|, номинальный пусковой момент
двигателя при пуске от полного напряжения а для
успешного запуска двигателя необходим избыток но мо
менту 10%, то
ЛЛЛ" EEViip
’||/ - *
♦
где £7И — поминальное напряжение, 13; Гп — напряжение
при пуске, В.
Например, Л/1|р = 0,4, i\Jn = 1,2, тогда
t/f, S= = 0,368 II и„'=0,61.
т. с. прп пуске двигателя потеря напряжения должна
быть не более 39%. При крупных двигателях следует
учитывать также потерю напряжения в магистрали и
питающем трансформаторе. Величины 1/||р берутся из
справочника по электроприводам, a ,Un — из каталогов.
Прп работе двигателе!! в цеховых сетях допустимое
отклонение напряжения составляет 5% (по расчетному
току в рабочем режиме). При частых пусках крупных
двигателей с большим пусковым током, создающим пико-
вый ток /Пцк, допускается отклонение напряжения до 10%,
а при редких пусках — до 15%. Этот предел обусловлен
необходимостью сохранения в работе остальных двига-
телей в дайной сети, так как напряжение отпадания коп
такторов 0,8—0,75 поминального.
Допустимое отклонение напряжения на отдельных
участках крановых сетей составляет (числитель — трех-
фазнып ток, знаменатель — постоянный):
Питающая магистраль и распределпи*ль-
лая сон.................................. 4—5 6%
Главные* крановые троллен................Г»—5 7.5—4%
Т|юллеи и соедините, n.injo провода в про-
долах крана ............................. 5 1.5—5
Всего (но более) ........................ 15/15%
Цо условиям падежной работы катушек контакторов
рекомендуется суммарное отклонение допускать не более
13%. Для сварочных машин отклонение напряжения нс
должно превышать 5—10% п для роликовых (шовная
сварка) 3%. В осветительных сетях допускается отклоне-
ние напряжения на наиболее удаленной лампе до 2.5%.
В цехах металлопокрытий отклонения напряжения па
ваннах принимаются в пределах 10%. В электролизных
установках — в зависимости от технологии.
Для отдельных потребителей устанавливаются сне
циальпые требования в отношении допустимых от
к «опепий напряжения, например для ЭВМ и устано-
вок. испытывающих электроаппараты, приборы, реле
и т. и.
Таким образом, из обычных потребителей наиболее
жесткие требования в отношении допустимого отклонения
напряжения предъявляют осветительные установки. Так
как в цеховых' трансформаторах, питающих установки пл
пряжением до 1 000 В, вторичное напряжение холостого
хо р выше номинального на 5% (с регулировкой в преде-
лах d_ 5%), то в зависимости от загрузки трансформатора
Ка и cosq нагрузки потеря напряжения в самом трансфер
маторе составляет менее 5%; соответственно получаек я
«располагаемая» потеря напряжения, состоящая из до
иустимого отклонения и остатка превышения напряже
нпя над номинальным на выходе трансформатора при
данной нагрузке. Так, при совместном питании силовой п
осветительной нагрузки от общего трансформатора мощ-
ностью до 400 кВ-А располагаемая потеря напряжения
в осветительной Сети составляет 3%, а при мощностях
свыше 400 кВ «А 3,5%. При раздел nuoxi питании силовых
и осветительных приемников, когда трансформатор пи-
тает только ос вощен щ, пот< ря напряжения в ттем умень-
шается и располагаемая потеря напряжения увеличива-
ется: при трансформаторах мощностью до 160 кВ «А до
5%, свыше 160 кВ*А и> 5,5%.
Указанные велпчииы допустимых и располагаемых
потерь напряжения являются условными. Как показывают
наблюдения и анализ отклонений и.колебаний уровней
напряжения в сетях предприятий, эти величины должны
быть согласованы с уровнями напряжении в общей системе
электроснабжения (см. § 12-1).
2 И
7-2. ТОКН КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
При расчете токов короткого замыкания в цеховых
сетях переменного тока до 1 000 В необходимо учитывать
активные сопротивления цепи, в том числе активные
сопротивления контактов коммутационной аппаратуры,
токовых обмоток автоматов и ре ге, обмоток трансформа-
торов тока и т. п. Общее их сопротивление может быть
что влияет на величину полного сопротивления цепи z.
Вследствие значительной удаленности места корот-
кого замыкания (жраСч > 3) периодическая составляющая
сверхпереходного тока I" получается равной установив-
шемуся значению тока Ас. Ударный коэффициент Ку
при замыканиях па шинах 380—660 В цеховых ТП полу-
чается около 1,3, а в цеховых сетях — около 1,0.
Опыты, проведенные проф. О. Б. Броном [Л. 1-11],
показали, что в реальных условиях значения токов к. з.
получаются ниже расчетных и что имеется некоторый
предел около 75 кА, выше которого токи к. з. не наблю-
даются. Это объясняется неполными металлическими за-
мыканиям! вследствие больших электродинамических уси-
лии, возникающих при к. з. между токоведущими частями.
Например, металлический предмет при набросе на шины
380 В будет отброшен в сторону, и величина тока к. з.
будет значительно ниже по сравнению с тем случаем,
когда этот предмет будет приболчен к шинам и на них
будет подано напряжение, т. е. при чисто металличес-
ком к. з.
Тем не менее вопрос устойчивости токам к. з. в установ-
ках напряжением до 1000 В является актуальным. До
последних лет разрывная мощность низковольтной аппа-
ратуры лимитировала мощность трансформаторов цехо-
вых ТП до 1 000 кВ А.
Сопротивления контактов в сетях до 1000 В можно
учитывать введением в расчетную схему активного сопро-
тивтеппя [Л. 1-7]:
а) для распределительных щитов на подстанциях
0,015 Ом;
б) для первичных цеховых распределительных пунк-
тов и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными
линиями от щитов ТП или от магистралей, 0,02 Ом;
242
в) для вторичных цеховых распределительных пунк-
тов и на зажимах аппаратов, питаемых от первичных
распределительных пунктов, 0,025 Ом;
г) для аппаратуры, установленной непосредственно
у электроприемников, получающих питание от вторичных
распределительных пунктов, 0,03 Ом.
Мощность к. з. на напряжении до 1 000 В в основном
зависит от реактивного сопротивления трансформатора
цеховой ТП, и для практических расчетов можно пользо-
ваться кривыми для токов к. з., приводимыми в справоч-
никах. Кривые построены для различных мощностей
трансформаторов, длин и сечепий кабельных линий, от-
ходящих от распределительного щита ТП.
Особую проблему составляет расчет однофазных токов
к« з. в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением
380/220 В. В этих сетях применяется система защитного
заземления через нулевой провод, с отключением в воз-
можно короткое время замыкания на него плавким предо-
хранителем или автоматом. Ток однофазного к. з.
/к’ - 220
I (гт -I- Гф + ГО)8 + (*то + х’фо)2 ’
где гт — активное сопротивление трансформатора; Гф и
г0 — активное сопротивление фазного и нулевого прово-
дов; хто, #ф0 — индуктивное сопротивление пулевой пос-
ледовательности трансформатора и цени фаза-нуль.
Для успешной защиты персонала необходимо надеж-
ное отключение однофазного замыкания, т. е. необходима
достаточная величина тока /к.3 при данном сопротив-
лении цепи фаза-нуль.
Для уменьшения сопротивления нулевой последова-
тельности трансформатора необходимо применять схему
соединения обмоток Д/Ун-П, а не схему У/Ун-12,
которая при однофазных замыканиях между фазой и ну-
левым проводом создает неблагоприятные условия про-
хождению токов пулевой последовательности. Токи пу-
левой последовательности в первичных обмотках тран-
сформатора отсутствуют, а во вторичной обмотке они
создают магнитные потоки Фо, которые в каждое мгнове-
ние во всех трех стержнях направлены в одну сторону,
вследствие чего вынуждены замыкаться через изолирую-
щую среду—стенки бака и стяжные болты. В результате
сопротивление пулевой последовательности трансформа-
тора резко возрастает.
243
При схеме Д/\н юки пулевой последовательности
циркулируют в первичной обмотке внутри треугольника
и нс выходят из пего в линию. Они находятся в нротиво
фазе с токами нулевой последовательности вторичной
обмотки, благодаря чему соогве тс.твующис магнитные но
токи в стержнях не возникаю! и сопротивление нулевой
последовательности трансформатора получается пеболь
Шим, чго важно для улучшения защиты от однофазных
замыканий на землю |Л. 16-1).
Основное внимание должно быть обращено на индук-
тивное сопротивление цени фазы-пуль. При протяженных
ответвлениях к электроирпемннкам, выполняемых про
водой в стальной трубе с использованием последней в
качестве заземляющего (заму тающего) проводника или
грехжилы1ым кабелем в броне1 с прокладкой специального
заземляющего праводннка (стальной или алюминиевой
полосы), ток* однофазною замыкания па землю встречав!
большое индуктивное» conpoi явление нулевой последова-
тельности, обусловленное» магнитным экраном грубы пли
брони. Вследствие этого ток получается не достаточным
для сгорания плавкой вставки или отключении авто-
мата.
ГГо ПУ1) ток однофазного замыкания па землю для
надежного срабатывания защиты в установках, ни опас-
ных ио взрыву, должен быть не менее трехкратно!! вели-
чины тока плавкой вставки предохранителя или тока
срабатывания автомата с зависимо!! характеристикой.
При защите сетей автоматом с одним электромагнитным
расцепителем с номинальным током до 100 Л кратность
тока замыкания па землю должна быть не менее 1,4 и для
автоматов с номинальным током более 100 А — 1,25.
Во взрывоопасных иоличценнях требования к крат-
ности тока замыкания на землю для автоматов с одним
электромагнитым расцепителем сохраняются, для плав
ких вставок увеличиваются до четырех, а для автоматов
с зависимой характеристикой — до шести. На практике
имеют место случаи, когда в вводной коробке электро-
двигателя короткое замыкание и горит туга, а защита не
срабатывает. Исследования, проводившиеся в СССР и за
рубежом, показали, что заземляющие проводники или
даже массивные стальные конструкции вне стальной тру-
бы или брони не играют никакой роли в снижении сопро-
тивления нулевой последовательности. Гик замыкания на
землю Но ним почти не идет, а возвращается по трубе или
244
оболочке» кеебеля. стараясь пройти путем с минимальным
магнитным полем.
Этот вопрос чрезвычайно важен для взрыво- и пожа-
роопасных установок, имеющих протяженные ответвле-
ния к двигателям (при установке пускателей в специаль-
ных электрономещенпях,особенно для многоэтажных соору-
жений). Согласно ПУЭ во взрывоопасных помещениях ис-
пользование в качестве заземления стальной трубы или
свинцовой оболочки кабеля запрещено. При проводке
и трубах заземляющий провод должен обязательно про-
кладываться внутри трубы; кабели со свинцовой оболоч-
кой должны применяться четырсхжвльпыми. Голый зану-
ляющий провод, проложенный рядом с трехлильным
кабелем со свинцовой оболочкой, создает очень большое
сопротивление пулевой последовательности и нс дает
гарантийного отключения при однофазных замыканиях
на землю. При кабелях с алюминиевой оболочкой поло
лапше улучшается — сопротивление нулевой последо
патсл ыюстп и отом случае настолько снижается, что
onia шет, необходимость в четвертой жиле. Необходимо
только обеспечить падежный контакт этой оболочки в
цени заземления с обоих концов кабеля.
В осветительных сетях разрешение ПУЭ использовать
в качестве обратного провода металлические конструкции
здания рапрострапяется только па групповую сеть, а все
магистральные и питательные сети должны иметь нулевой
провод, проложенный вместе с фазными проводами в об
щеп трубе, или выполняться четырм'хжильнымд кабелями,
если они имеют свинцовую оболочку.
7-3. ЗАЩИТА СЕТЕЙ И УСТАНОВОК
Для двигателей применяются следующие виды защит:
1) от перегрузки — тепловые или максимальные реле
с зависимо!! характеристикой;
2) от внутренних коротких замыканий — плавкие пре-
дохранители или автоматы с реле мгновенного действия;
3) от понижения напряжения питающей сети — удер-
живающие катушки магнитных пускателей пли контак-
торов.
Для синхронных двигателей применяется также» за-
щита от выпадания из синхронизма при помощи реле»
напряжения, включающего форсировку возбуждения
(АФ13) при снижении напряжения до 0,85 номинального
и помогающего двигателю удержаться в синхронизме при
снижениях напряжения, и максимально токовых ре те
с зависимой характеристикой, отключающих двигатель
после выпадания его из синхронизма.
Тепловые реле для защиты от перегрузок выполняются
по принципу нагревания током проводника, которое вы-
зывает одно из следующих явлений: 1) деформацию би-
металлической пластинки; 2) линейное удлинение метал-
Рпс. 7-2. Защитные характеристики плавких вставок
предохранителей ПП2.
лической пластинки и 3) расплавление легкоплавкого
металла. Тепловые реле для получения одинаковых тем-
пературных условий окружающей среды должны быть
расположены в одном помещении с двигателями. Распо-
ложение тепловых реле непосредственно в пазу двигателей
практического распространения нс получило. Трудность
подбора тепловых характеристик реле и обмоток двига-
телей, особенно при режимах ПКР, послужила поводом
для отказа от тепловой защиты как неэффективной. Од-
нако в настоящее время отказ от тепловой защиты допус-
кается только для двигателей, работающих без пере-
грузки или находящихся под постоянным наблюдением
персонала; во всех остальных случаях тепловая защита
246
является обязательной. Опыт эксплуатации двигателей до
1 000 В показывает, что наличие тепловой защиты, хотя и
не совершенной, значительно снижает аварийность этих
двигателей из-за перегрузки.
Во взрывоопасных установках положение осложня-
ется тем, что, как правило, пусковая аппаратура двига-
телей устанавливается в специальных электропомещенпях,
где температура может существенно отличаться от темпе-
ратуры окружающей среды двигателя. Сами тепловые
реле термически неустойчивы к коротким замыканиям, п
должны быть защищены плавкими предохранителями или
автоматами без выдержки времени, устанавливаемыми на
ответвлении к двигателю (в силовом шкафу или в ответ-
вительной коробке на шинопроводе).
Предохранители применяются в основном для защиты
от коротких замыканий. Характеристики плавких вста-
вок предохранителей типа П11-2 (насыпные) напряжением
до 500 В представлены на рис. 7-2. Поскольку плавкие
вставки допускают длительную перегрузку до момента
плавления, опи могут защищать от перегрузки только в
том случае, если проводник будет выбран с запасом по
пропускной способности не менее 25%. Ответвление к
двигателю с короткозамкнутым ротором защищается не
от перегрузки, а только от токов к. з.
Ток плавкой вставки, защищающей ответвление к дви-
гателю от токов к. з., но не перегорающей при пусковом
токе, при редких пусках, А
(7-7)
Для тяжелых условий пуска двигателей с короткозам-
кнутым ротором (частые пуски и длительное развертыва-
ние), а также для двигателей с режимом ПКР
Лет (Й
“Г" L4
Выбранная таким образом плавкая вставка не защи-
щает ответвление от перегрузки, однако должно соблю-
даться соотношение
Твст (/-9)
где /д — допустимый ток для данного сечения провод-
ника. а
247
Автоматические выключатели выпускаются следующих серий:
1) АП50 до 50 А на напряжение 380 В переменного и 220 В
постоянного тока с минимальным током расцепителя 1,6 Л;
2) А3100 до 6U0 А па напряжение 500 В переменного и 220 В
постоянного тока;
3) Л3700 на 160—630 А па напряжение 660 В переменного тока;
4) АВМ на 400—2 000 А на напряжение 500 В переменного и
440 В постоянного тока;
5) Э («Электрон») 630—4 000 А па напряжение 660 В.
Рис. 7-3. Защитные характеристики расцепителей автоматических
выключателей АЗНО(д) и А3163 (б).
На кривых указан номинальный ток расцепителя. А — собственное время вы-
ключателя; Г — линия средних токов, при которых действует мгновенное от-
ключение; К — характеристика однополюсного выключателя Л3161 с тепловым
расцепителем 15 А; I — ток нагрузки при к. з., Л.
Автоматы AII50 применяются в мелких установках. В промыш-
ленных установках наибольшее распространенно имеют автоматы
серии А3100. Опп снабжаются нерегулируемыми расцепителями
трех типов: тепловым с обратнозависимой характеристикой на
токи до 50 А; электромагнитным с мгновенным (за 0,02 с) отключе-
нием и комбинированным с тепловым и электромагнитным эле-
ментами. На рис. 7-3 и 7-4 представлены защитные характеристики
автоматов Л3110 и А3120—А3140. У автоматов с одним электро-
магнитным расцепителем зависимая часть характерпстпкп отсут-
ствует. Фактические характеристики дают разброс для АЗИЮ до
± 30°о и для Л3130 — Л3140 до ± 15%.
Автоматы серии Л3700 имеют зависимую часть характеристики
с мгновенным отключением при 10-кратном токе расцепителя.
248
Рпс. 7-4. Защитные характеристики расцепителе!! автома-
тических выключателей АЗ 120, АЗ 130, А3140.
На кривых указан номинальный ток расцепителя. Б — для А3120
и АЗ 130 и В — для АЗ 140 — собственное время выключателя; Д —
для Л3120, Е — для А3130, Ж — А3140 линии средних токов мгно-
венного отключения; К — то же, что па рис. 7-3.
Рис. 7-5. Зоны возможных за-
щитных характеристик авто-
матического выключатели АВМ
с расцепителем типа 1ь
Рис. 7-G. Зоны возможных за-
щитных характеристик автомати-
ческого выключателя АВМ с рас-
цепителем типа 2..
249
Кроме того, они имеют пулевые расцепители на 127, 220, 380 н
660 В переменного, 110 и 220 В постоянного тока.
Автоматы АВМ выпускаются с регулируемыми электромаг-
нитными расцепителями трех типов:
тип 1 —- мгновенного (0,095 с) действия;
тип 2 — с часовым механизмом, с отключением токов перегрузки
с зависимой выдержкой времени и токов короткого замыкания —
мгповеппо;
тип 3 — с часовым механизмом и механическим замедлителем,
который создает при отключе-
Рпс. 7-7. Зоны возможных за-
щитных характеристик автомати-
ческого выключателя АВМ с рас-
цепителем тина 3.
пни токов к. з. независимую
выдержку времени
На рис. 7-5—7-7 пред- -
ставлены соответствующие ха-
рактеристики автоматов АВМ,
где штриховкой указано соб-
ственное время выключателя.
Автоматы серии Э име-
ют регулируемую зависи-
мую часть характеристики
и регулируемую кратность
мгновенного срабатывания
расцепителя ступенями
при 4—8—12-кратной ве-
личине уставки тока рас-
цепителя.
Номинальный ток расцепителя любого типа выбирается
по расчетному току из условия
(7-10)
и по условиям перегрузки пусковыми токами для комби-
нированных расцепителей по соотношению
(7-11)
Л
Величина К определяется по защитным характеристи-
кам, а для автоматических выключателей серии А3100 по
табл. 7-3.
Для автоматов, имеющих только электромагнитный
расцепитель, ток уставки срабатывания ограничивается
условием
Л<4,57д, (7-12)
где 1А — допустимый ток проводника.
Для автоматов серпп А3100 с нерегулируемым расце-
пителем с обратнозависимой характеристикой допускается
условие
7а<7д, (7-13)
250
Таблица 7-3
Тип выклю- чателя Номиналь- ный ток рас- цепителя, А Значение К
При небольшой частоте и дли- тельности пуска ДО 2 с При большой частоте и длительности пусков до
5 с 20 с
АЗПО 15 7 3 2
20—40 7 4 2
50—100 7 4 3
А312О 15.20 12 4 2
25,30 12 6 25
40—60 8 8 3,5
* 80.100 7 7 6
А3130 120—250 6 6 6
А3140 250—600 6 6 6
а для автоматов серий АВМ и Э с регулируемой обратно-
зависимой характеристикой
/а^1,5/д. (7-14)
В отдельных случаях (отстройка от токов самозапуска
и др.) допускается превышать указанные пределы токов
плавких вставок и уставок автоматов при условии, что
кратность тока к. з. для плавких вставок будет не менее
5-кратпой и для автоматов не менее 1,5-кратной от уставки
автоматов (для падежного срабатывания при к. з.).
Для приводов с затяжным и тяжелым пуском (центри-
фуги, шаровые мельницы, быстроходные вентиляторы
и др.) необходимо согласование кривой пускового тока
с характеристикой расцепителя.
Ответвление к сварочным машинам, работающим в ре-
жиме ПКР, защищается плавкой вставкой предохрани-
теля, выбираемой по
где гпв — номинальный ток, А, прп номинальной продол-
жительности включения ПВ‘ 1Н — номинальный ток при
ПВ = 1.
Для защиты ответвлений к прочим электроприемни-
ьам, не имеющим пиковых токов (электропечи сопротив-
ления, выпрямителя и др.), величина тока плавкой вставки
выбирается из условия
Твст
и ток уставки автомата без выдержки времени
Za ^=(1,35-г-1,65) ги.
251
В сетях с глухозаземленпой нейтралью необходимо
дополнительно проверять выбранные плавкие вставки и
уставки автоматов по условию отключения однофазных
токов короткого замыкания, как указано выше. Если это
условие не соблюдается, необходима установка трансфор-
матора тока и реле в нулевом проводе.
В сетях с изолированной нейтралью, например в шахт-
ных, защита от однофазных замыканий на землю осу-
ществляется при помощи взрывобезопасных реле утечки.
Например, реле утечки типа РУВ срабатывает при сни-
жении сопротивления изоляции одной фазы до 3 500 Ом,
двух фаз до 7 000 Ом и трех фаз до 10 500 Ом каждая.
Однако это реле работает нсселсктпвпо. что даже для
шахтных условий, при небольшом количестве электро-
приемников, питающихся от шахтных трансформаторов
мощностью 160—400 кВ-А, является большой помехой,
так как вызывает простои здоровых участков при одном <
повреждении.
Ряд научно-исследовательских институтов и вузов
разрабатывают конструкции селективных реле утечки.
На обычных предприятиях, в системах с изолированной
нейтралью, устройства защитных отключений при замы-
кании на землю обычно пе предусматривают, а ограни-
чиваются сигнализацией, позволяющей отыскать место
повреждения без немедленного отключения поврежденного
участка. При устройстве защиты магистральных силовых
сетей в помещениях, не опасных по пожару и взрыву, выбор
токов плавких вставок и уставок автоматов, защищающих
эти сети, производится по тем же формулам, причем
вместо 7иУск следует подставить /пиК, определяемый по
формуле (5-25), и дополнительно проверить соотношение
1 вст
Пример 7-1. Расчетный ток группы приемников ZM — 112 А,
пусковой ток наибольшего двигателя 125 А, а Лшк = 112 + 125 =
= 237 А.
Решение
1. Ток плавкой вставки
/ВСТ^±Ч»К = = 95 л
2 5 2.5 ’
или по номинальному току 100 А.Так как по условию 7М = 112 А,
то необходимо взять Увст = 120 А.
2. Сечение питающего кабеля марки ААБГ 1 (3 X 50 мм2)
пмеет допустимым ток 12U А п предельную плавкую вставку 3 X
X 120 = 360 пли 350 А стандартных, т. е. значительно больше,
чем требуется по расчету.
252
3. При защите автоматом с электромагнитным расцепителем
ток уставки автомата /а -= 1,65 7Пик ~ 1,65 X 237 = 390 А,
пли округленно 400 А, что будет меньше предельно допустимого
тока уставки автомата 4,5 7Д = 4,5 -120 = 540 А.
Таким образом, все ограничения, связанные с допустимым то-
ком, выполнены.
При изменении сечения магистрали пли прп ответвле-
нии от магистрали должны соблюдаться следующие тре-
бования ПУЭ. Сечение магистрали, имеющей распреде-
ленную нагрузку, может быть двухступенчатым: без
защиты перехода па меньшее сечение при условии, что
последнее не менее 50% первой ступени сечения маги-
страли или прп условии, что мепьшее сечснпе второй
ступени защищено предохранителем или автоматом, уста-
новленным в начале магистрали, с соблюдением формул
(7-9) и (7-12).
Ответвление длиной до 3 м может быть выполнено
любым сечением без защиты при проводке в стальных
трубах и: и бронекабелем и при открытой прокладке про-
водов, допустимой по условиям безопасности в пожарном
отношении.
Ответвление длиной до 30 м может быть проложено
без зашиты при условии, что оно выполнено проводом
в трубе, кабелем с металлической оболочкой или шинопро-
водом в металлическом кожухе и что допустимый ток
ответвления будет пе менее 10% пропускной способности
защищенного участка магистрали.
Защита от перегрузки осуществляется в сетях, выпол-
ненных открыто проложенными проводами с горючей
оболочкой; в сетях осветительных установок, включая
сети для бытовых и переносных приборов; в силовых сетях
с возможностью перегрузки по технологическим условиям;
в силовых (кроме ответвлений к двигателям с коротко-
замкнутым ротором) и осветительных сетях во взрыво-
опасных помещениях и наружных взрывоопасных уста-
новках. Величины плавких вставок и уставок автоматов
должны допускать нормальную работу при толчках пико-
вых нагрузок, но с соблюдением следующих величин
кратности по отношению к допустимому току провод-
ников.
При защите плавкими вставками проводников с рези-
новой изоляцией:
в помещениях взрывоопасных и пожароопасных
1,25/в„-^/д; (7-15)
2оЗ
в помещениях, не опасных ио пожару и взрыву, при
резиновой изоляции и во всех помещениях при бумажной
изоляции
нет 'Sfta ' Д-
При защите автоматами с одной мгновенной отсечкой
для проводов с резиновой или аналогичной изоляцией
во взрывоопасных и пожароопасных помещениях ток
уставки автомата
1,257а</д; (7-17)
для проводов с бумажной изоляцией во всех помещениях
и резиновой или аналогичной пзоляцпгп в помещениях,
нс опасных по взрыву и пожару,
/а < /д- (7-18)
При защите автоматами с нерегулируемой обратпоза-
вненмой характеристикой для всех видов изоляции во
всех помещениях поминальный ток расцепителя
Л’асц Ле (7-19)
Если автоматы применяются с регулируемой обратно
зависимой характеристикой, то но всех помещениях для
проводов с резиновой или аналогичной изоляцией ток
уставки автомата
A «S А; (7-20)
Via проводов с бумажной изоляцией во всех помещениях
0,8ZaSC/A. (7-21)
В отступление от формул (7-9) и (7-12) допускается
применение проводника ближайшего меньшего сечения,
если /д, определенный но этим формулам, не совпадает
с данными допустимых токов по НУЭ, по при условии, что
расчетный ток /м будет ио более допустимого тока для
принимаемого сечения.
Максимальный ток предохранителя или автомата груп-
повой осветительной сети не должен превышать 20 А,
за исключением установок с мощными лампами, при кото-
рых эта величина повышается до 50 А.
11с защищаются вообще цепи между ре св редел тель-
ными устройствами и источниками питания — генерато-
ром, трансформатором, выпрямителем, аккумулятором
254
н г. д., цепи возбуждения электрических машин; цени
межДУ контроллером пли контакторами и пусковыми сопро-
тивлениями; цепи автоматических регуляторов напря-
жения и цепи управления, измерения и сигнализации,
отключение которых может повлечь за собой опасные
последствия в виде пожара, взрыва, отравления газами
и т. д., при условии, что эти цепи выполнены проводни-
ками с надежной механической защитой (в стальных
трубах и т. п.).
Проблемой защиты сетей напряжением до 1 000 В
является обеспечение селективности защиты. Число сту-
пеней защиты должно быть но более двух пли трех: ответ-
вление к токоприемнику, к распределительному шкафу
пли шинопроводу и главная магистраль от трансформа-
тора. Для двигателей наиболее рационально выполнять
защиту установочными автоматами серии А3100, имею-
щими расцепители с обратнозависимой характеристикой
и мгновенные во всех трех фазах, что предохраняет дви-
гатели от двухфазного режима, могущего возникнуть прп
перегорании плавкой вставки в одной фазо при защите
п ре д<»х р гшите л я ми.
Условия селективности действия плавких вставок
*б>(1.7-^ЗПм, (7-22)
где tG и fM — время плавления большей и меньшей плавкой
вставки по защитным характеристикам.
Вторая ступень трехступенчатой защиты может быть
выполнена селективно предохраниi елями, так как два
автомата А3100, включенных последовательно, селективно
работать пе могут, отключая одновременно при токах
короткого замыкания.
При защите автоматами на второй и третьей ступенях
селективность защиты может быть обеспечена только
иримеиепием автоматов АВМ с расцепителем шла 3,
имеющим независимую от тока выдержку времени в
U,25-0,4-0,6 с.
Для проверки селективности защиты в установках
напряжением до 1 000 В строится карта селективности
защиты.
Предварительно составляется расчетная схема уста-
новки трехступенчатон защиты (рис. 7-8), для кото-
рой определяются расчетные, пиковые токи и токи к. з.
и указанных точках.
Карта селективности (рис. 7-9) строится в логарифми-
ческом масштабе; по осп абсцисс откладываются токи —
расчетные, пиковые и к. з.; по оси ординат — времена
продолжительности пиковых токов и времена срабаты-
вания защит по защитным характеристикам.
Пусковой ток небольших двигателей изображается
в виде прямоугольника вследствие того, что прп сжатии
масштаба времени постепенное снижение пускового тока
можно заменить горизонтальной линией. Аналогично
изображается и пиковый ток в линии, подходящей к си-
ловому пункту — прямоугольником, переходящим в рас-
четный ток этой линии.
КЗ К2 К1
Рпс. 7-8. Расчетная схема селективной защиты в установ-
ках до 1 000 В.
АД — асинхронный двигатель; СП — силовой пункт; А1, Л2иАЗ —
защитные аппараты; Kl, 1x2 и КЗ — точки к. а.
Карта селективности представлена в двух вариантах:
в точках А1 и А2 устанавливаются предохранители в ш
автоматы. В точке АЗ на выходе трансформатора всегда
устанавливается автомат АВМ с расцепителем типа 3.
При токах к. з. в точках К1 и К2 защита должна работать
селективно с необходимыми интервалами времени прп
отказе защиты нижней ступени. При защите предохра-
нителями на двух ступенях автомат ABAf у трансформа-
тора может иметь независимую выдержку времени пе
более 0,25 с. При защите автоматами в точке А2 должен
быть установлен автомат АВМ с независимой выдержкой
0,25 с, а в точке А3 — с независимой выдержкой 0,4 с.
Дальнейшее увеличение выдержки времени нежелательно
вследствие утяжеления работы электрооборудования при
затянувшемся к. з. и по условиям согласования защиты
сети напряжением до 1 000 В с защитой на стороне выс-
шего напряжения 6—10 кВ.
Подбор защитных характеристик по карте селектив-
ности может привести к необходимости увеличения токов
плавких вставок или уставок автоматов па высших сту-
256
пенях для соблюдения селективности. При этом следует
соблюдать условия формул (7-9) и (7-12).
Следующая проблема в создании надежно!! защиты
сетей напряжением до 1 000 В связана с малой разрывной
мощностью аппаратуры. Основное затруднение возникает
при работе с аппаратурой, устанавливаемой непосредст-
венно у цеховых трансформаторов на распределительных
Рпс. 7-9. Карта селективности защиты в установках
до 1000 В.
1 — номинальный ток двигателя; 2 — пусковой ток двигателя;
3 — максимальный ток питания силового пункта СП; 4—пиковый
ток силового пункта СП: б, 6 и 7 — токи к. з. в точках К/, К2
и КЗ; 8 — характеристика плавкой вставки 80 А; 9 — харак-
теристика плавкой вставки 200 А; 10 — характеристика авто-
мата АЗ 120 с расцепителем 30 А. 11 — характеристика авто-
мата АВМ4 с расцепителем типа 2 200 А; 12 — характеристика
автомата АВМ20 с расцепителем типа 2 2000 А; 13—то же, с рас-
цепителем типа 3 2000 А.
Щитах, на сборках магнитных станций или на главной
магистрали при схеме БТМ уже при мощности трансфор-
матора 1 000 кВ - А, в то время как рост удельных нагрузок
вызывает необходимость перехода па следующую ступень
мощности трансформатора 1 600—2 500 нВ-А.
В табл. 7-4 знаком плюс указана возможность приме-
нения предохранителей и автоматов на щитах подстанций
в зависимости от мощности трансформатора и тока к. з.
Знаком минус указана область неустойчивости аппарата
токам к. з. Только с выпуском новых автоматов серий
А3700 и Э появилась возможность оснащать щиты под-
9 Мукосеев Ю. Л.
257
Таблица 7-t
Мощн<1гп> трит форматора, кВ А
4(И> НИМ» 1UM |мю 2.W
’Г«ч< короткого 1лмыкаш1л. кЛ
Ю 14 |« IV 2.1.К зп.ь 4(1,5 53
Предохранители
ПР-2 (350 А) - + — ян—
ПР-2 <(ДИ1 А) + •+- — —
П112-100 4~ 4- 4* 4- ——
11112-250 -ь
ГП12-400 60о + 4* —- —
А3120 (100 А)
АЗ 120 (200 Л)
АЗ 140 (ООО А)
АВМ4 (400 А)
АВМ10 (1 000 Л)
АВМ15 (1 500 А)
ЛВМ20 (2 000 А)
А3710 (160 Л)
Л372О (250 А)
Л373О (400 Л)
Л3740 (630 А)
306 (630 Л)
:ио (1 ооо А)
.116 (1 600 Л)
325 (2 500 А)
340 (4 (ИХ) Л)
А в томаты
II р н м с ч а и и г. Хнтомлты \ <70(1 и ) применимы при влпряшитп В.
Общий мид анп мата 040 прпнедец на рис. 7-Ю.
станций падежной аппаратурой при мощностях трансфор-
маторов до 2 500 кВ-Л п напряжении G60 В. До их появ-
ления применялась установка трансформаторов до
1 800 кВ • А с разъедините.и*м на выходе на магистраль, и
защитная аппаратура устанавливалась только на отнетв
ленпях от последней. В этом случае к. з. па магистрали
вызывало отключение трансформатора со стороны 6— Ю кВ.
Ври питании крупных сварочных цехов в автомобиль-
ной н других отраслях промышленности по условиям
потерн напряжения возникала необходимость включать
параллельно три или четыре трансформатора по 1U00 кВ • А.
Это вело к значительному увеличению токов к. з., в ре-
зультате чего предприятия вынуждены были переходигь
258
на установку разъединителей напряжением выше 1 (ХЮ В
вместо рубильников и рас полагать предохранители в ог-
не п.ных бетонных ячейках.
В настоящее время для сварочных цехов применяется
параллельная работа двух трансформаторов мощностью
до 2 500 кВ «Л через магистральные шинопроводы, замк-
нутые в конце.
Рис. 7-10. Общий вит автоматического вы-
ключателя «Электрон» на i кА.
При схеме глубокого ввода и расположении цеховых
трансформаторов в непосредственной близости ст сборок
станций управления (например, в прокатных цехах,
в пефтега.зохимпческоп промышленное гп, где электро-
помещепия с вынесенной из взрывоопасного помещения
пусковой аппаратурой совмещаются с цеховой подстанцией
u т. д.) применяется каскадная схема защиты: автоматы,
9* 259
установленные на станциях управ лепил и неустойчивые
но току к. з., защищаются общим вводным автоматом,
надежно отключающим расчетный ток к. з. Эта схема
является неселективной, однако применяете я на практике
как более дешевая и иногда единственно возможная, по
нрп условии, что неселек!явное отключение пе вызовет
аварии. Аналогичные каскадные схемы защиты приме-
няются в США, где к ним предъявляются следующие
требования:
1) число ступеней должно быть не более трех; 2) в ка-
ска (пых схемах допускается применение только таких
типов автоматов, которые рекомендуются заводами изго-
товителями для подобных установок; 3) головной автомат
первой ступени до лжец обеспечивать надежное отключе-
ние расчетною тока к. з.; 4) автомат второй ступени
должен иметь отключающий ток не менее половины
расчетного тока к. з. и третьей ступени — пе менее
1/я этого тока; 5) уставка тока отключения головного
автомата должна быть примерно па 20% ниже отключае-
мого тока автомата второй ступени, «1 соответственно
уставка второго автомата — на 20% ниже отключаемого
тока автомата третьей ступени; (>) после отключения к. з.
все автоматы должны быть осмотрены перед включением.
Более удачным решением защиты маломощных аппа-
ратов от гоков к. з. является применение быстродействую-
щих токоо! раннчпвающпх предохраните той, отключаю-
щих цепь к. а. до того, как ток достигнет максимальною
значения.
Защита от однофазных к. з. на землю на стороне
напряжения до 1 000 В вблизи цехового трансформатора
осложняется тем, что сам трансформатор имеет значитель-
ное сопротивление нулевой последовательности, особенно
прп схеме соединения обмоток У/Х „-12, и однофазный ток
замыкания на ломлю при напряжении до 11МЮ В можеуг быть
недостаточен для срабатывания релейной защиты транс-
форматора па стороне б—10 кВ. Вследствие, этого в прак-
тике проектирования принято следующее решение: при
установке распределительного щита с предохраниюл ими
и автоматами па отходящих линиях с рабочим током до
600 А участок между щитом и транс форматором пе за щи
ищется, а указанные предохранители и автоматы надежно
отключат однофазные замыкания за ними.
При схеме 1,»ТМ устанавливается трашформатор тока
в нейтрали трансформатора и с помощью максимального
260
высшгго напряжения —
реле подается отключающий импульс пли на общий
автомат, установленный за трансформатором, или на
защитный аппарат на стороне
выключатель нагрузки или мас-
ляный выключатель (рис. 7-11).
Зашита минимального на-
пряжения для приводов, обслу-
живаемых персоналом (метал-
лорежущих станков, крапов и
т. Д«)’ преследует в основном
цель защиты самого персонала
от травматизма из-за неожи-
данного запуска при восстанов-
лении напряжения.
Для электроприемпиков! ка-
тегории при кратковременном
понижении напряжения, на-
пример прп к. з. в сети, п
также при автоматическом по-
вторном включении (AIIII) и
автоматическом включенип ре-
зерва (АВР) должна быть обеспечена выдержка времени
для отключения от защиты мминма п.иого напряжения.
Для этого применяются схемы магнитных пускателе]!
с реле времени постоянного тока (рис. 7-12), которое
создает выдержку времени в 1—2 с на размыкании цепи
питания катушки пуска-
теля, но обеспечивает за-
щиту минимального на-
пряжения.
Выдержку времени на
отключение катушки пус-
кателя можно получить
с помощью конденсатора,
включенного параллельно
катушке. Питание послед-
ней вместе с конденсато-
ром выполняется на вы-
! । рямлеином постоя ином
токе через полупроводниковый выпрямитель. При исчезно-
вении напряжения в сети переменного тока конденсатор,
Разряжаясь, задерживает отпадание пускателя па 1—2 с.
Если защиты минимального напряжения но усло-
виям безопасности персонала пе требуется, то нри-
Рис 7-11. Схема зашиты
ог замыкания на землю при
схеме ВТМ.
а — дейстпие на пптомат. б —
дейстнио па выключатель на
грузки.
7 12. Схема управления
<мектроднк|ателгм в coin 380 В,
оГмчиечиваюшая самозапуск и
защиту от потери и&прнжспня
261
меняют контакторы с защелкой или автоматические
выключатели, не имеющие защиты минимального напря-
жения.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
. ЦЕХОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ
И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
8-1. ТРАНСФОРМАТОРЫ П СХЕМЫ ИХ ПИТАНИЯ
Для питания электродвигателей, электротехнологи-
ческих и осветительных установок при напряжениях до
1 000 В в цеховых трансформаторных подстанциях (ТП)
применяются трехфазные трансформаторы с первичным
напряжением 6—10 и реже 35 кВ с естественным охлаж-
дением, заполненные маслом или негорючей жидкостью —
совтолом, а также с естественным воздушным охлажде-
нием и сухой изоляцией. Трансформаторы выполняются
о т к р ы того типа, с открытыми изоляторами и рас-
ширителем для масла, для установки в специальных каме-
рах, или закрытого типа — для комплектных под-
станций (КТИ), у которых изоляторы закрыты кожухом,
с азотной подушкой для масла под небольшим избыточным
давлением, допускающим установку как внутри, так и
вне зданий. Маркировка означает: ТМ-1000/10 — трех-
фазный масляный трансформатор 1 000 кВ-А с первич-
ным напряжением 10 кВ открытого типа; ТМЗ-1000/10 —
то же, но закрытого типа; ТНЗ-1000/6 — то же с первич-
ным напряжением 6 кВ, с негорючей жидкостью (Н)
и TC3-630/6 — трансформатор 630 кВ «А, 6 кВ с сухой
изоляцией (С), оба закрытого типа для КТИ.
Однофазные трансформаторы изготовляются только на
первичное напряжение 110 кВ и выше мощностью 10 МВ - А
п выше. Поэтому для питания однофазных нагрузок 3S0
и 660 В применяют стандартные трехфазные трансфор-
маторы. При этом необходимо учитывать, что при одно-
фазной нагрузке величина тока в любой фазе не должна
превышать номинальное значение, а нейтраль — нагру-
жаться более 25 °о при схеме У У„, 40’*о прп схеме У/ZR и
75% прп схеме Д Уи — номинального тока фазы. Напри-
мер, трансформатор ТМ-1000/10 может быть загружен
однофазной нагрузкой 380 В при включении ее на две
262
фазы на мощность не более -1 000 — 607 кВ-А, а прп
напряжении 220 В п включении нагрузки на фазу —нуль —
на величину (0,25—0,75) кВ-А, в зависимости от
схемы соединения обмоток. Такая пониженная пропуск-
ная способность пулевой точки трансформаторов создает
затруднения при питании осветительной нагрузки с люми-
несцентными лампами, в сетях которых сечение нулевого
провода должно быть равным сечению фазною вследствие
прохождения через него третьих гармоник.
Схема соединения обмоток Д/Уп, введенная ГОСТ
с 1/1 1967 г., рекомендуется в качестве основной, взамен
широко применявшейся ранее схемы У/Уи, поскольку
она дает меньшие сопротивления нулевой последователь-
ности и улучшает условия защиты от однофазных замы-
каний на землю.
Цеховые трансформаторные подстанции, как правило,
не имеют распределительного устройства па стороне
высшего напряжения; питающий кабель присоединяется
к трансформатору непосредственно, через разъединитель
или выключатель нагрузки. Необходимость в коммута-
ционных аппаратах 6—10 кВ возникает при магистраль-
ной схеме питания в цепочку нескольких трансформаторов
от одного выключателя на РП, а также при наличии газо-
вой защиты у открытого трансформатора и значительном
удалении ТП (200 м и более) от места установки выклю-
чателя. Это связано с необходимостью прокладки контроль-
ного кабеля для передачи отключающего импульса к вы-
ключателю па РП, так что более экономично отключать
трансформатор от газовой защиты мри помощи выключа-
теля нагрузки на самой ТП.
При магистральной схеме питания трансформатора
мощностью 1 000 кВ-А и выше вместо разъединителя
необходимо устанавливать выключатель нагрузки, так
как при напряжении 6—10 кВ разъединителем можно
отключать холостом ход трансформатора мощностью не
более 630 кВ-А.
Для снижения токов к. з. на стороне вторичного на-
пряжения и упрощения защиты обычно принимается
раздельная работа трансформаторов. Однако в ряде
случаев для уменьшения потери напряжения (например,
при пуске мощного двигателя, для питания сварочных
Цехов и др.) принимается параллельная работа цеховых
263
Трансформаторов мощностью до 2 500 кВ-А, замкнутых
в конце через шинопроводы.
Снижения колебании напряжения, ’например, при
сварочной нагрузке можно добиться применением спе-
циальных трансформаторов с пониженным реактивным
сопротивлением до 1,5—2% (вместо обычных 5,5%).
Трансформаторы с автоматами серий АВМ или Э па
выходе питают секции распределительных щитов или
магистраль по схеме БТМ без щита.
8-2. КОМПОНОВКИ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ
ПОДСТАНЦИЙ (ТП)
В настоящее время вновь сооружаемые цеховые под-
станции чаще всего выполняются комплектными (КТП),
полностью изготовленными на заводах и монтируемыми
па местах крупными блоками. На действующих предприя-
тиях имеется много подстанций старого типа с открытыми
трансформаторами, которые устанавливались в камерах,
на балках выше уровня земли для свободного прохода
охлаждающего воздуха снизу под трансформатор. Нагре-
тый воздух выходит через жалюзи над дверью или через
Трубу, сдвинутую в сторону, чтобы дождь или снег по
падали на трансформатор. Под трансформатором располо-
жена маслосборная яма, рассчитанная па полный объем
масла; прп загорании масло трансформатора, протекая
сквозь решетку, засыпанную слоем гравия высотой 25 см,
гаснет. Гашения масла можно добиться при помощи
дренажной трубы с коленом, направленным вверх. Горя-
щее масло, попадая в это колено и полностью его запол-
няя, гаснет от недостатка воздуха. Высокая надежность
конструкций баков современных трансформаторов позво-
лила отказаться от маслосборных ям и ограничиться
небольшим порогом для удержания лишь части масла.
Цеховые подстанции старого типа с открытыми транс-
форматорами имеют следующие компоновки.
1. Отдельно стоящие ТП на один или два
трансформатора, с распределительным щитом или без
него, а в отдельных случаях с распределительным устрой-
ством высшего напряжения и батареей статических кон-
денсаторов. Примеры компоновок показаны на рис. 8-1.
Применяется также открытая установка трансформаторов
без камер, иногда с разделительной перегородкой.
264
2. Пристроенные ТП, у которых одна стена
совпадает со стеной цеха, а сама подстанция расположена
вне Цеха.
3. Встроенные ГП, у которых одна стена сов-
падает со стеноп цеха, но подстанция занимает площадь
цеха.
Рис. 8-1. Компоновки цеховых Т11 с внутренней и наружной уста-
новкой трансформаторов.
Т — камера трансформатора; Щ — помещение щита; 1 — отдельно стоящие;
Н — пристроенные и ill — встроенные.
Компоновки пристроенных и встроенных подстанций
такие же, как отдельно стоящих (II п III на рис. 8-1),
причем выкатка трансформаторов из камер производится
только наружу. Если трансформаторы встроенной под-
секции устанавливаются открыто, то согласно ПУЭ стена
цеха должна быть огнестойкой.
Внутрицеховые T1I, все стены которых
выходят в цех, могут сооружаться только в помещениях
с производствами категории Г и Д, I и II степени огне-
стойкости ио противопожарным требованиям, а в произ-
265
водствах категории В — по специальному разрешению
пожарного надзора. Компоновки ТП те же, что указаны
выше, но под масляными трансформаторами необходимо
устраивать бетонированный маслоприемник па полный
объем масла или с отводом масла в дренажную систему
через трубу с коленом, в котором гасится горящее масло,
или с металлической решеткой, засыпанной слоем гравия
для гашения горящего масла.
В качестве внутрицеховых ТП в основном приме-
няются КТП, компоновки которых показаны на рис. 8-2.
Рис. 8-2. Компоновки КТП с одним и двумя трансформаторами.
В зависимости от условий производства КТП размещаются
в отдельных помещениях или открыто в цехе с легким огра-
ждением (желательно в мертвой зоне работы подъемных
механизмов).
Все большее применение находят КТП с двумя транс-
форматорами 1 600 и 2 500 кВ-А вместо трансформаторов
1000 кВ-А. Это сокращает число трансформаторов, упро-
щает схему электроснабжения (в особенности прп напря-
жении двигателей 660 В) и дает значительный экономи-
ческий эффект.
Согласно проекту новых ПУЭ на каждой внутрицехо-
вой подстанции может быть установлено не более трех
трансформаторов с масляным охлаждением суммарной
мощностью не более 3 200 кВ-А, а мощность каждой
открыто установленной КТП с масляными трансформа-
торами должна быть не более двух по 1 600 кВ-А.
При большей мощности, например при мощности
2 500 кВ-А, на внутрицеховых подстанциях устанавли-
266
ваются трансформаторы с совтоловым охлаждением, что
по опыту ВАЗ дает экономический эффект в упрощении
строительных работ (не надо маслосборпоп ямы) и экс-
плуатации (кожух трансформатора заварен).
На рис. 8-3 показан общий вид КТП 2 x 1 600 в про-
цессе монтажа па ВАЗ в г. Тольятти. Справа находится
вводной шкаф 10 кВ, за трансформатором располагаются
шкафы РУ 0,4 кВ, от которых вверх отходят шинопро-
воды ШАГА. Па рпс. 8-4 показана КТП мощностью
2 x 2 500 кВ-А фирмы Сасе на ВАЗ в г. Тольятти.
Рис. 8-3. Монтаж Kill мощностью 2 X 1 600 кВ «А на ВАЗ
в г. Тольятти.
При выполнении строительной части камер трансфор-
маторов ТП большое значение имеет правильное устрой-
ство естественной вентиляции, обеспечивающей подачу
чистого воздуха под трансформатор и верхний выход
нагретого воздуха. При загрязненной окружающей среде
рекомендуется подавать воздух вентилятором через филь-
тры, задерживающие пыль и грязь пз цеха, или через
воздухозаборные шахты высотой 10—15 м во избежание
попадания агрессивных газов.
1 рапсформаторныс подстанции с масляными трансфор-
маторами могут размещаться только в первом и втором
этажах, а выше — только с сухими или совтоловыми.
Установка 1П в подвальных помещениях с точки зрения
267
монтажа и вентиляции неудобна и применяется в редких
случаях.
За рубежом ТП иногда располагаются па крыше,
особенно в корпусах большой площади. Опыт примене-
ния «крышевых» ТП на ЗИЛ показал их неудобства в экс-
плуатации, и опп были демонтированы.
Подземные ТП для угольных шахт должны удовле-
творять требованиям Правил безопасности в угольных
Рис. 8-4. КТП мощностью 2x2 5UU кВ «А на ВАЗ
в г. Тольятти.
шахтах. Для них применяются сухие трансформаторы,
которые выполняются на мощности до 400 кВ-А: стацио-
нарные типа ТСШВ и передвижные типа ТКВШПС (шахт-
ные, взрывозащищенные, кварценаполненпые, со стек-
лянной изоляцией). Подземные стационарные подстанции
для рудников при отсутствии взрывоопасной среды вы-
полняются по обычным компоновкам, как внутрицеховые
[Л. 2-1, 2-21.
8-3. ВЫБОР МЕСТА, ЧИСЛА П МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
ЦЕХОВЫХ ТП
При напряжении питания G—10 кВ местоположение,
число п мощности трансформаторов определяются в за-
висимости от величины, характеристики и расположения
нагрузок напряжением до 1 кВ с учетом установки кон-
268
ценсаторов, а также возможности размещения 1’11 в на-
меченном месте.
Ранее цеховые подстанции сооружались вне производ-
ственных корпусов, их число часто ограничивалось по
условиям генплана, а на подстанциях, питающих отдель-
ные цехи, приходилось устанавливать по пять и более
трансформаторов мощностью до 1 800 кВ-А каждый.
В 30-х годах инженер А. С. Либерман показал, что
при крупных отдельно стоящих подстанциях в сетях
напряжением 380 В расход меди на 1 кВт мощности двига-
телей в 6—7 раз больше, чем расход меди на обмотку
самого двигателя. Нм была предложена система дробле-
ния подстанции и приближения их к центрам нагрузки,
что давало большую экономию цветных металлов и сни-
жало потери электроэнергии. Накопившийся опыт про-
ектирования, монтажа и эксплуатации цеховых Т11 и
данные теоретических исследовании позволяют дать доста-
точно конкретные указания по выбору места расположе-
ния ТП, числа и мощности трансформаторов. Прежде
всего рекомендуется применение КТП, обеспечивающих
не зависящий от строительной части индустриальный
монтаж, приближение Kill но возможности к центру
нагрузки, что обеспечивает максимальную экономию цвет-
ного металла и снижение потерь электроэнергии в цехо-
вых сетях. Место расположения КТП, мощность и число
трансформаторов должны покрывать расчетные нагрузки,
учитывать условия окружающей среды, необходимую сте-
пень бесперебойности и динамику технологии. Кроме
того, выбор варианта размещения T1I и их мощности
должен удовлетворять условиям оптимальной экономич-
ности; должна быть обеспечена возможность дальней-
шего увеличения мощности однотрапсформаторных КТП
при росте нагрузок установкой второго трансформатора.
Для удобства эксплуатации желательно иметь мини-
мальное число типоразмеров трансформаторов.
Отдельно стоящие ТП наименее рациональны
вследствие удлинения сетей напряжения до 1 000 В и
увеличения потерь энергии в них. Они применяются как
вынужденное решение для питания цехов, опасных в отно-
шении пожара, взрыва или коррозии. Допустимые рас-
стояния приближения ТП к взрывоопасным цехам регла-
ментируются 0,8—100 м в зависимости от степени взрыво-
опасности цеха, открытой или закрытой установки масля-
ных трансформаторов. Этот вид ТП может также приме-
269
пяться для мелких предприятий с небольшими разбро-
санными по территории цехами.
Для большинства промпредприятий, кроме некото-
рых взрывоопасных цехов нефтехимических комбинатов,
как правило, применяются ТП, связанные со зданием
цеха.
П рп строенные ТП, удовлетворяя требованиям
экономики, часто вызывают возражения со стороны архи-
текторов п строителей, так как ухудшают внешним вид
зданий. Однако при достаточном внимании к архитек-
туре пристроенные ТП с точки зрения эстетики выглядят
вполне удовлетворительно и не портят фасада зданий
цехов. В частности, пристроенные подстанции хорошо
компонуются со зданиями компрессорных и насосных.
Встроенные подстанции позволяют более удачно
решить архитектурное оформление степы цеха, однако
расположение подстанции на площади цеха не всегда
возможно по условиям размещения технологического обо-
рудования. Наименьшие препятствия возникают при
размещении встроенных подстанций в бытовых или склад-
ских помещениях.
Встроенные подстанции, выходящие на производствен-
ную площадь цеха, как и внутрицеховые ТП,
следует размещать осмотрительно, особенно в цехах
с часто перемещаемым оборудованием.
При сооружении пристроенных и встроенных подстан-
ций предпочтение должно отдаваться наружной установке
трансформаторов, при которой удешевляется строитель-
ная часть и улучшаются условия охлаждения трансфор-
маторов.
Внутрицеховые ТП следует располагать у колони цеха,
в мертвой зоне работы мостовых кранов. Применяется
установка ТП па антресолях, под которыми могут бьнь
проходы конвейеров или какое-то оборудование, под,
бункерами и в других местах, где это возможно без ущерба
для производства и допускается по условиям работы
электрооборудования. В этом отношении удачен зарубеж-
ный опыт распологкения в габаритах ферм перекрытий.
В главных корпусах современных фабрик и заводов блоки-
руются по* нескольку технологических секций и цехов
с разнотипными технологическими механизмами и электро-
установками. Площадь таких * корпусов достигает не-
скольких гектар, а нагрузка — десятков мегавольт-ампер.
В таких корпусах рекомендуется выделять специальные
270
/подстанциопные) пролеты для размещения КТП, PH и
станций управления, для прокладки кабелей, токопро-
водов, для установки другого электрооборудования или
предусматривать инженерные пролеты, в которых помимо
электрического оборудования размещаются вентиляцион-
ные, водоснабжающие и другие вспомогательные уста-
новки.
С 1939 г. подстанциопные пролеты предусматриваются
в главных корпусах крупных обогатительных фабрик
цветной металлургии, между размольным и флотацион-
ным отделениями. Это позволило значительно улучшить
электроснабжение обогатительных фабрик [Л. 8-11.
В производствах без перемещаемого оборудования
внутрицеховые ГП с применением индустриального мон-
тажа КТП обеспечивают глубокий ввод напряжением
выше 1 000 В к местам потребления электроэнергии,
улучшают управление электроустановками и облегчают
эксплуатацию электрооборудования.
Принимавшиеся ранее в отдельных отраслях промыт
ленности, в частности в машиностроительной, оптимальные
мощности цеховых ТП до 560 кВ - А соответствовали мини-
мальному расходу цветных металлов в цеховых сетях,
которые выполнялись в то время кабелями с медными
жилами по радиальным схемам. Однако еще в довоенные
годы в связи с распространением магистральных схем
питания с применением открытых п закрытых шинопро-
водов, а также в связи с непрерывным ростом удельных
плотностей нагрузок и размеров производственных кор-
пусов на промпредприятиях основным типом стал транс-
форматор мощностью 1 000 кВ-А.
Кроме того, выпускавшаяся до 1967 г. распределитель-
ная аппаратура 380 В по своей устойчивости к токам к. з.
соответствовала мощности к. з. па стороне 0,4 кВ транс-
форматора по более 1 000 кВ-А.
Однако на многих энергоемких предприятиях прихо-
дилось устанавливать трансформаторы мощностью 1 350—
1 800 кВ • А, а в качестве защитной аппаратуры на вторич-
ной стороне трансформатора устанавливать масляные
выключатели или ограничиваться защитой с первичной
стороны трансформатора.
Новые автоматы серии А3700 напряжением 660 В па
токи 1G0—250—400—630 А и серии «Электрон» на токи
030, 1 000, 1 600, 2 500, 4 000 А допускают применение
трансформаторов 1 600 и 2 500 кВ-А прп 380 и 660 В.
271
Исследования оптимальных мощностей КТП показали
что при удельной плотности распределенной нагрузки
0,2 кВ*А/м2 и выше становится выгоднее переходить от
трансформаторов 1 000 кВ-А к трансформаторам
1 600 кВ-Л, а при удельной плотности нагрузки 0,3—
0,35 кВ • А м2 — к трансформаторам мощностью 2 500 кВ • Д.
Для сосредоточенных нагрузок (например, па обога-
тительных фабриках, бумажно-целлюлозных комбинатах)
возникает необходимость установки в одном корпусе
трансформаторной мощности до 50 МВ-А, так что КТП
наиболее экономично выполнять с трансформаторами
2 500 кВ-А.
При распределенной нагрузке и современной практике
сооружения цехов, сблокированных в крупные корпуса,
задача выбора мощности трансформаторов КТП сводится
к рассмотрению вариантов 1 000, 1 600 и 2 500 кВ-А.
Целесообразность применения трансформатора 630 кВ-А
возникает на предприятиях с небольшими зданиями,
например в нефтехимической промышленности; еще реже
применяются трансформаторы мощностью 400 и 250 кВ - А.
Опыт эксплуатации показывает высокую надежность
работы трансформаторов. Например, в крупных прокат-
ных цехах однотрапсформаторныс подстанции обеспечи-
вают более высокую надежность электроснабжения, чем
любой двигатель вспомогательных механизмов или глав-
ных приводов прокатного стана — бесперебойность тех-
нологического процесса. Для резервирования части на-
грузки при отключении трансформатора возможно исполь-
зование перемычек между сетями двух соседних ТП,
выполняемыми на 25—30% мощности трансформатора.
Двухтрапсформаторные КТП обычно применяются при
больших плотностях нагрузки, а также при наличии
потребителей I категории, которые должны обеспечиваться
мри отключении одного трансформатора. Мощность по-
следних выбирается с учетом допустимой перегрузки
оставшегося в работе трансформатора.
Мощность трансформатора необходимо выбирать с та-
ким расчетом, чтобы загрузка его соответствовала наиболее
экономичному режиму, который зависит в значительной
степени от стоимости потерь электроэнергии у, руб
(кВт-год) |Л. 1-18].
Как видно из рис. 8-5, трансформатор 630 кВ-Л имеет
довольно ограниченную зону по сравнению с трансфор-
матором 1 000 к В-А. Поэтому для удобства эксплуатации
272
два-три трансформатора 630 кВ - А целесообразно заменить
на трансформаторы 1 000 кВ-А, если число последних
измеряется десятками.
При малых значениях у оптимальная нагрузка транс-
форматора получается выше номинальной, т. е. выгодно
работать с перегрузкой, если она допустима по условиям
суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры
охлаждающей среды, постоянной времени нагрева транс-
Рнс. 8-5. Экономические зоны работы трансфор-
маторов 250 4 000 кВ - А в зависимости от стои-
мости потерь анергии у.
форматора и вида системы его охлаждения. Подобные
систематические перегрузки установлены ГОСТ 14209—69.
На каждый процент недогрузки летом допускается
Дополнительный процент перегрузки зимой, ио не более
1*)°о при суммарной нагрузке не более 150%.
Допустимые систематические перегрузки трансфор-
маторов определяются по графикам нагрузочной способ-
ности, приведенным в ГОСТ, в зависимости от суточного
графика нагрузки, эквивалентной температуры охла- .
'К дающей среды, постоянной времени трансформатора п
вида системы охлаждения. Для характеристики суточного
273
графика нагрузки применяются две коэффициента. Пер
вый коэффициент начальной нагрузки А\ определяете я
из отношения среднеквадратичного тока /ск за 10 ч, пре i
шествующих наступлению перегрузочного максимума,
к номинальному току трансформатора /и:
А । = /ск /«•
Среднеквадратичный ток за 10 ч
, _ 1/'!', + М'и+•••+/?,«„
с" ' <14-<«+•• + <» ‘
Аналогично определяется среднеквадратичное значе-
ние тока за порно i перегрузки /скмпе
Коэффициент перегрузки, соответствующий .пому току,
А 2 e f СИ МЯКС 7Н.
Па рис. 8-6 приведен график для он ре ie ichhh нагру-
зочной способности трансформаторов. Цифры у кривых
соответствуют допустимому времени перегрузки в часах.
Перегрузка выше 50%, указанная пунктиром, допускается
только но согласованию с заводом изготовителем.
В аварийном режиме допускаются кратковременные
перегрузки в следующих пределах:
11г|мтрузка, % . . Эи 47» НО 75 100 200
В]имя, мин .... 120 80 45 20 10 1,5
Длительные перегрузки в аварийном режиме допу-
скаются до Ю% для ।рапсформаторов с системами охла-
ж шипя М, Д, ДЦ и Ц в течение пе более 5 суток и на время
максимумов нагрузки не более 6 ч в сутки при коэффн
циепте начальной нагрузки А, пе более 0.93. Прп этом
необхо 1ИМО принять меры по усилению охлажделшя транс-
форматора вентиляторами дутья и др.
Но 11УЭ допустимая максимальная nepei рузка в ава-
рийном режиме составляет 10".» в течение 5 суток и про
должителыюстыо по 6 ч в сутки, но при коэффициенте
заполнения суточного графика не выше 0,75, в то время
как требования ГОСТ допускают более высокий коэффн
циепт запо тения.
Для выбора места и мощностей! 111 применяется карю
грамма нагрузок напряжением до 1 кВ, позволяющая
наметить варианты расположения ГП и их мощности,
наиболее приблизив их к центрам нагрузок (рис. 8 7).
Нагрузки цехов наносятся на площадки цехов в виде
кругов, площадь (не радиус)! которых графически пзобра
271
жпст пагрузкп в определенном масштабе (например,
/ кц. \ = 1 мм2). Для облегчения построения карто-
грамм применяются готовые номограммы и таблицы для
быстрого определения радиуса круга требуемой площади.
Дли не'ов с различной сменностью и значительно отли-
чающимися числамп часов использования максимума
нагрузки Гм более правильно строить картограмм jr пе
нагрузок, п расходов терпит И'г=/,м-Гм, что имеет
значение для снижения потерь
энергии.
Картограммы позволяют на-
глядно определить район центра
нагрузок или расходов электро-
энергии. пользуясь правилами
нахождения центра тяжести
плоского тела. Точное опреде-
ление этого центра нс имеет
значения, так как оптимальное
положение центра питания пе
совпадает с центром нагрузки,
определенным по принципу
центра тяжести плоскою тела.
Например, при двух нагрузках
0,4 кВ 800 и 200 кВ А, рас-
положенных на расстоянии
1 000 м одна от другой, центр
тяжести нагрузок будет нахо-
диться на расстоянии 200 м от
нагрузки 800 кВ-А по направ-
лению к нагрузке 200 кВ «А.
Если трансформатор поместить
в этом центре, то придется
передавать 800 кВ* А па рас-
стояние 200 м и 200 кВ-А на
и. Вполне очевидно, что
Рис. 8-6. График нагрузоч-
ной способности трансфор-
маторов с естественным мас-
ляным ox пик денн< м нрп
эквивалентной температур»»
о\л<гл.д.но1це>1 среды 20 С,
М<ИЦИ<И*Т1>Ю до 1 000 кВ -Л,
с постоянной времени на-
грева 2,5 ч.
трансформатор следует разместить непосредственно у на-
грузки 800 кВ-Л |Л. 8 21.
Кроме того, при выборе места и пипа подстанции при-
водится учитывать и согласовывать разные требования,
зачастую противоречивого характера.
Если нагрузка цеха превышает несколько тысяч кило-
вольт-ампер ц возникает необходимость применения не-
скольких III, то их расположенно должно соответство-
вать приближению к центру нагрузки со стороны питания,
275
чтобы избежать обратного направления потока электро-
энергии. Расположение ТП в самом центре нагрузки нера-
ционально, так как будет иметь место обратный поток
энергии к источнику питания.
Если пагрузка небольших цехов составляет только
десятки или сотни киловольт-ампер, то’вознпкает задача:
сооружать ли в таком цехе свою ТП или питать этот цех
от соседней ТП. Технико-экономический анализ показы-
вает, что для каждой нагрузки 5 существует критическая
длина Л, при которой передача мощности £ на расстояние
— нагрузка О,ЬкВ о-ТП
Рис. 8-7. Картограмма нагрузок 0,4 кВ на генплане предприятия
и расположение ТП.
Стрелками указана нагрузка, питаемая от данном ТП.
L будет одинаково экономична напряжением выше 1 000 В
с установкой трансформатора в цехе и напряжением до
1 000 13 от ТП, расположенной па расстоянии L от центра
нагрузки цеха. Эта длина зависит от стоимости потерь
энергии у, руб/(кВт-год). Например, при напряжениях
6 кВ и 380 В при у = 60 руб (кВт-год), зависимость
между 5, кВ-А, и Ly м, выражается уравнением гипер-
болы SL = 15 000 кВ-А-м [Л. 1-181.
Таким образом, зная нагрузку цеха (например,
S — 100 кВ-Л), можно определить, что расстояние
L — 150 м. Описав окружность этим радиусом, получим
границу, внутри которой при напряжении 380 В передача
экономична от ТП, находящейся внутри этой границы.
276
Есип Другие ТП находятся вис границы, то данный цех
следует питать от собственной ТП. Следует иметь в виду,
что на реальном генплане предприятия трассы кабелей
паспола!аются не но кратчайшим расстояниям, а по па-
прав гению 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
с щи! ом в сторону питания.
8-4. ПОДСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ
Для питания дуговых и руднотермических печей при-
меняются специальные трансформаторы с нестандартным
вторичпым напряжением 15—500 В в зависимости от
требований технологического процесса. Первичное напря-
жение трансформаторов электропечей — стандартное от
6 до ПО—154 кВ в зависимости от мощности и напряжения
в системе электроснабжения.
1 рансформаторы 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, нанрпмер типа ДСП-50 (с поворот-
ным сводом, емкостью 50 т), ЭТЦНК-24000/35, что озна-
чает: электропечпой, трехфазпый, с водомасляным охла-
ждением и 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 65 дет иметь повышенную
277
мощность — для печп 50 т трансформатор 20 МВ-А с воз-
можностью перегрузки на 20 '6 на время расплавления.
Мощность трансформаторов электропечей с масляным
охлаждением, устанавливаемых в цехах, не ограничи-
вается. Расположенно печных подстанций в цехах опре-
деляется технологической планировкой. Трансформаторы
устанавливаются в камерах возможно ближе к самой
печп для уменьшения длины «короткой сети». Па печной
подстанции устанавливаются: оперативный выключите гь
(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
преобразователь частоты на 0,35—0,8 Гц мощностью до
1 000 кВ-Л и выше. Применяемые в настоящее время
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 тяжелых условиях при частых коротких замыканиях
в период расплавления шихты, они устанавливаются
в отдельных камерах вне помещения печной подстанции.
Пример установки дуговой печи с подстапцией приведен
па 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
пли прямоугольного сеченпя. При однофазных трансфор-
маторах токоподвод к печи («короткая сеть») выполняется
по бифилярной схеме, трансформаторы иногда распола-
гаются с разных сторон печп для уменьшения длины токо-
подвода.
Например, трансформатор для ферросплавной нечп
типа РПЗ-48 мощностью 63 МВ-А имеет маркировку
ЭОЦПК-40000/150, что означает: электропечной, одно-
фазный, с водомасляпым 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 иродольпо-емкостлой компенсации
(см. § 12-2). Габаритная мощность агрегата 40 000 кВ-А
Рис. 8-8. П iau п разрез установки дуговой сталеплавильной печп
80 т. ,
1 — печь; 2 — гибкие водоохлаждаемые кабели; J — шинопровод короткой
сети; 4 — печной трансформатор 25 МВ-А с циркуляционным охлаждением,
5 — контур заземления: в, 7 — питы стороны ВН. 8 — пультовое помещение,
9 ввод 35 кВ: 10 — агрегат питании статора электромагнитного перемеши-
вания металла; и — маслонапорная установка; 12 — токонодвод к статору,
Ы — шлаковня.
и рабочая 21 000 кВ-А; напряжение питания 154 | 3 кВ.
Шесть электродов ночи сечением 650 X 2 <800 мм пи ают-
ся по бифил яркой схеме, ио два на каждый трансфор-
матор.
279
Поскольку руднотермические лечи пе требуют наклона,
а ход электродов у лих небольшой, благодаря чему гибкая
часть «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 и печной
подстанции, где она занимает значительную площадь.
8-5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ П ПОДСТАНЦИИ
(ПП)
В отличие от цеховых 1 П, 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-
фазиый или однофазный ток повышенной пли пониженной
частоты, а также регулируемой частоты ниже и выше 50 Гц.
Преобразовательные подстанции совмещаются с транс-
форматорными или распределительными пунктами (Р11) по
возможности ближе к своим потребителям в целях сокра-
щения сетей постоянного тока и преобразованной .частоты.
Преобразователи токаи частоты индивидуального назначения,
работающие ио блочной схеме преобразователь — электропрнемпик,
здесь не рассматриваются. Они относятся к области электропривода
(системы ДГД, УРВ-Д, тиристорные и др.) или к области электро-
технологии (установки электромагнитного перемешивания метал-
лов ври частотах 0,5—2 Гц; сварочные машины с преобразованием
частоты до 2—5 Гц; установки электронагрева с ламповыми ге-
нераторами нрп частотах в десятки килогерц и выше и др ).
Для преобразования трехфазпого тока в постоянный
применяются следующие преобразователи, постепенно
сменявшие друг друга по мере развития электротехники:
машинные, ртутные и полупроводниковые.
а. МАШИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Одпоякорные преобразователи в виде
синхронной машины с кольцами и коллектором выпуска-
лись до 30-х годов мощностью до 5 МВт прп токах до
10—14 кА с высоким к. п. д. (до 91 ).
280
Двигатели-генераторы, состоящие из ге-
нератора постоянного тока и приводного асинхронного
дли синхронного двигателя, широко применялись для
группового питания приводов постоянного тока и уста-
новок электролизе! в 30-х и 40-х годах при максимальной
мощности 9 100 кВт и к. и. д. 86%.
Уже в 40-х годах двигатели-генераторы в СССР стали
вытесняться ртутными выпрямителями. Поскольку ртут-
ные выпрямители по 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 двигатели-
генераторы вышли из применения: 1) низкий к. и. д.;
2) наличие вращающихся частей и сложность ухода за
щетками и коллектором; 3) сложная строительная часть
с фундаментом и вентиляцией; 4) питание напряжением
пе 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, по 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-тсплопосителей, где требовались большие токи про
малых напряжениях. Техника применения жидких метал-
лов, включая сплав NaK. привела к быстроходной коп
струкцип униполярных машин с жидкометаллическим
контактом, который оказался на сплаве NaK более удач-
ным, чем ртутный контакт.
За рубежом создали униполярные генераторы на
150 кА с напряжением 67 13; при последовательном соеди-
нении шести генераторов, вращаемых паровой турбиной,
получается агрегат 400 В, 150 кА пли 60 МВт с к. и. 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 типа
УГ па 25 В, 160 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 8о0 В и ток 165 кА
прп к. п. д. 99 о, вращаемых конденсационными паро-
выми турбинами мощностью 300 МВт (по два генератора
па турбину), для питания электролиза алюминия полу-
чается более эффективным, чем существующая система
с выпрямителями, питающимися от энергосистемы [Л.8-7].
б. РТУТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Для электроснабжения постоянным током в 40—50-х го-
дах стали применять металлические ртутпые выпрямите iи
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 одпоаподпых цилиндров
по 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
спабжаются автоматизированными вакуум-насосами.
282
Маркировка РМ-200 обозначает: ртутный металлический
выпрямитель, 200 А, запаянный, трсханодный, 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
иаличии вакуумного насоса с автоматическим управлением
добавляются буквы Л и Н; например, АРМНВ-500 X 6
обозначает автоматизированный ртутный металлический
выпрямитель из шести одноанодных цилиндров по 500 А
6-10-35кВ
Рис. 8-9- Принципиальная схема ртутною выпрямителя с двумя
обратными звездами п 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 АРМПВ-500 X 6 всего 750 А.
-Максимальный ток одноанодных цилиндров достигает
1 000 А.
Питание мотцпых ртутных выпрямителей производится
от специальных трансформаторов ТМРУ, что означает
трохфазпып 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 пульсации приме-
няются дополнительные реакторы в цепи постоянного
тока.
При установке анодных делителей па каждой 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 напряжении по-
стоянного тока 800 В соответствует мощности 16 МВт.
Потеря мощности в ртутных выпрямителях
^Pv.в = ^Px.x + K3Pd^ + K^Pli!!, (8-1)
° d
где ДРХ х — потери холостого хода в трансформаторе и
уравнительном реакторе па устройство зажигания дуги,
электропривод вакуумного насоса и насоса теплообмен-
ника, не зависящие от нагрузки и напряжения; К3 —
коэффициент загрузки; Р — номинальная мощность вы-
прямителя по постоянному току; &Ua — падение напря-
жения в дуге (16—20 В), не зависящее от нагрузки и
напряжения постоянного тока; U — номинальное на-
пряжение выпрямленного тока; АРКЗ — потери в обмотке
трансформатора при полной нагрузке.
Слагаемое K^PdLUJUd 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. п. д. увеличи-
вается с 92,5 до 96%.
Прп 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
активной мощности, к действующему значению полного
первичного тока
h
называется коэффициентом искажения.
Коэффициентом мощности ртутного выпрямителя на-
зывается произведение
Х = v cos (р,
(8-2)
где ф _ угол сдвига между током и напряжением, зави-
сящий от намагничивающего тока трансформатора, угла
коммутации выпрямителя у и угла регулирования а;
cos ф =
cos а 4-cos (а 4-у)
(8-3)
2
При отсутствии сеточпого регулирования напряжения
а — 0 и величина cos ф имеет максимальное значение,
определяемое углом коммутации у0 и реактивной состав-
ляющей тока холостого хода, которая не учитывалась
формулой (8-3). При увеличении угла регулирования а
величина cos ф значительно уменьшается, вследствие чего
сеточное регулирование напряжения применяется в не-
больших пределах (до 5—10%).
Когда требуется широкая регулировка напряжения
(например, подъемом напряжения с нуля при запуске
электролизных вапп), применяются специальные авто-
трансформаторы типа АТАП1 с регулировкой напряжения
под нагрузкой.
Основные достоинства ртутных выпрямителей, обеспе-
чившие им широкое применение в преобразовательных
установках: 1) низкие начальные затраты; 2) высокий
к. п. д. при напряжениях выше 250 В; 3) отсутствие вра-
щающихся частей прп запаянных вентилях; 4) небольшая
масса и отсутствие фундаментов; 5) возможность питания
переменным током любого напряжения в пределах
0—35 кВ.
В то же время они имеют недостатки: 1) непригодность
Для напряжений ниже 220 В; 2) низкий коэффициент мощ-
ности, особенно при сеточном регулировании напряжения;
3) вредное действие паров ртути на персонал при пеза-
наянных вентилях (установка в машинных залах, где
имеется персонал, не допускается); 4) необходимость
качественного водоснабжения во избежание накипи на
кожухах вентилей; 5) генерация высших гармоник в сети
285
переменного тока, для борьбы с которыми усложняются
схемы питания вентилей изменением сдвига фаз; 6) воз-
можность обратных зажиганий, пли к. з. между анодами
Особенно вредным является вскрытпе вентилей и 311
ремонте, для проведения которого требуются специальные
мероприятия по технике безопасности.
в. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Первые полупроводниковые выпрямители, медно-закис-
ные (купрокспые) применялись в технике слабых токов
и были вытеснены селеновыми, как более экономичными
и менее подверженными старению. Селеновые выпрями-
тели работают при напряжениях до 220 В в обычных сило-
вых установках и до 80 кВ в установках электрофильтров.
В СССР в 50-х годах изготовлялись агрегаты с селеновыми
выпрямителями на токп до 3 кА, а за рубежом до 100 кА
с к. п. д. 94,2%. После появления в 1949 г. теории Шокли
о вентильном действии электронно-дырочного перехода
(п — р перехода) была теоретически выяснена возможность
создания плоскостных диодов и триодов. Наиболее эффек-
тивными полупроводниками оказались германий и крем-
ппй, получаемые с высокой степенью чистоты («до девяти
девяток», 1 г примеси на 1 000 т чистого вещества). Добав-
лением ничтожной доли (в пределах до одпой миллионной
процента) примеси допоров плп акцепторов можно полу-
чить об 1асть соответственно п или р проводимости.
Хотя кремний широко распространен в земной коре
(28%) по сравнению с редким германием, первоначально
они применялись оба, поскольку очистка кремния полу-
чалась более сложной и дорогой. В последнее время стои-
мость кремния снижена до стоимости германия, и кремний
получил преимущественное применение, поскольку он
более устойчив к воздействию температуры.
Вентили из кремния изготовляются па токи до 200 А
с воздушным охлаждением и до 1 000 А — с водяным.
Германиевые вентпли изготовляются на токи до 1 000 А
с водяным охлаждением.
Вентили различаются по классам, номера которых
показывают сотни вольт допустимой амплитуды обратного
напряжения. Например, классу 5 соответствует допусти-
мая амплитуда обратного напряжения 500 В или эффек-
тивное значение 354 В. Наша промышленность выпускает
серийно кремниевые вентпли до 15-го класса; зарубеж-
ные фирмы рекламируют вентпли более высоких классов.
286
р»еитпли различаются также по группам, обозначенным
буквами алфавита в зависимости от падения напряжения
в решиле при полной нагрузке через 0,1 В. Это падение
спряжения изменяется у германиевых вентилей в пре-
делах 0,16—0,31 В п у кремниевых от 0,4 до 0,57 В, что
наслужило основанием применять германиевые вентили
тля установок с напряжением до 100 В.
В маркировке вентилей буква В означает вентиль,
буквы Г или К — германии или кремний, буква В после
обозначения материала — водяное охлаждение, цифра —
номинальный прямой ток вентиля; цифры и буквы в конце
означают класс и группу. Например, ВК В-500-7А озна-
чают кремниевый вентиль с водяным охлаждением, 500 А,
7-го класса, группы А.
Для мощных выпрямительных агрегатов вентили оди-
наковых классов и групп соединяются последовательно и
параллельно, в зависимости от требуемых напряжений
и токов. Вследствие несовпадения характеристик вентилей
даже одинаковых классов и групп номинальный ток прп
параллельном соединении их приходится уменьшать па
20%, а при последовательном соединении для более равно-
мерного распределения напряжений вентили шунтируются
активными сопротивлениями пли конденсаторами, а иногда
одновременно теми и другими, чем обеспечивается одно-
временно защита от перенапряжений.
В комплект полупроводниковых преобразователей вхо-
дят трансформатор с первичным напряжением от 220 В
до 35 кВ в зависимости от напряжения сети и мощности
и аппаратура для регулирования напряжения, которое
может осуществляться:
1) устройством РПН па силовых трансформаторах
преобразователя (ступенчатое);
2) дросселями насыщения (плавное в пределах ступепи);
3) силовым трансформатором с подмагничиваемым
шунтом.
При необходимости регулирования напряжения в ши-
роких пределах (0—100%) применяются добавочные авто-
трансформаторы типа АТМН или АТ ДИ со стороны пер-
вичного напряжения.
На рис. 8-10 приведена схема агрегата для электро-
лизных установок с дополнительным автотрансформа-
тором АТДН-12500/35. Преобразовательный агрегат
типа ВАК-26000/450 состоит из трансформатора
1ДНПВ-25000 35 с четырьмя вторичными обмотками и
287
дросселями насыщения Д11-6250/16 для топкого регулиро-
вания напряжения со стороны переменного тока (грубое
регулирование осуществляется РПН трансформатора).
Вторичные обмотки работают по мостовой схеме на
вентилях В КД-200, собранной в четырех отдельных
Рис. 8-10. Принципиальная схема кремпиевого выпрямитель-
ного агрегата В А К-25000/450.
ИТТ — импульсные трансформаторы тока, посылающие импульс при
к. з. на стороне постоянного тока на включение коротнозамыкателя КЗ;
ПНБ—быстродействующие предохранители для защиты вентилей ВКД-200.
шкафах типа БВК-6250 1 на ток 6 250 А каждый, и
дающей в сумме 25 000 А при 450 В с к. п. д. 97%.
Питание первичным напряжением 10 или 35 кВ.
Полупроводниковые преобразователи выпускаются за-
водами «Электровыпрямктель» в Саранске, «Преобразо-
'288
ватель» в Запорожье и ХЭМЗ в Харькове Для силовых
птей гальванических установок, электролизных уста-
новок в химии, металлургии и др. (см. приложение П-П).
Пля замены ртутных выпрямителей выпускается вы-
прямительный мост типа МВЦС-230-2000 (мост выпрями-
тельный для цеховых сетей), который может быть установ-
лен вместо ртутных вен-
тилей па ток 2 кА при
напряжении 230 В с ис-
пользованием остального
оборудования ртутного
агрегата — трансформато-
ра, уравнительного реак-
тора, быстродействующих
автоматов и др. (рпс. 8-11)
За рубежом изготовляют-
ся аналогичные блоки
с вентилями для замены
механических выпрямите-
лей с сохранением осталь-
ных элементов схемы.
Коэффициент мощности
агрегата ВАК-25000/450
с трансформатором
ТДНПВ-25000/35 и дрос-
селями насыщения ДП-
6250/16 изменяется от 0,92
до 0,86 в зависимости от
глубины регулирования.
Для получения токов
150—200 кА применяется
параллельная работгз аг-
регатов, например при
электролизе алюминия на
серию с током 150—165 кА
работают восемь агрега-
тов по 25 кА.
Рис. 8-11. Общий вид шкафа вы-
пряхттсльного моста МВЦС-230-
2000.
За рубежом выпускаются агрегаты до 75 кА с крем-
ниевыми вентилями. Вентили устанавливаются на кожухе
трансформатора (охлаждаются маслом трансформатора)
пли смонтированы на охлаждаемых циркулирующим
маслом полых шинах, расположенных внутри трансфор-
маторного бака вместе с обмотками трансформатора.
Аналогичные конструкции разрабатываются и в СССР.
10 Мукосеев Ю. Л. •
289
Основные достоинства полупроводниковых преобразо-
вателей: 1) высокий к. п. д., достигающий 98—99° •
2) возможность питания любым напряжением 6—35 к] ’
3) малые габариты и масса; 4) отсутствие вращающихся
частей (не считая вентилятора); 5) надежность, долговеч-
ность и постоянная готовность в работе; 6) устойчивая виещ.
няя характеристика; 7) отсутствие вредных паров ртути
К недостаткам этих выпрямителей можно отнести-
1) зависимость напряжения постоянного тока от пап я-
жения сети переменного тока; 2) чувствительность венти-
лей к перегрузкам по току и напряжению; 3) генерация
высших гармоник.
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 п т. п.
8-6. ВЫБОР ТИПА, ЧИСЛА 1! МОЩНОСТИ ПРЕОБРАЗОВ АТЕЛЕП
ТОКА Л МЕСТА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИИ
В современных условиях применение униполярных
генераторов может потребоваться лишь для специальных
установок, где необходимо идеальное постоянное напря-
жение без пульсаций, и, таким образом, двигателям-
генераторам 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 пе 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.
200
Число преобразователе)! 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-
Рлс. 8-12. Общий вид шкафа комплектной выпря-
мительной подстанции КВ1Ш-4С0-2И00.
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
пе 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 (папри-
ч,рР» хлора), чтобы выход их из сбросных вентиля-
торных устройств был направлен в сторону от IIП во
10* 291
I зтаж.
Рпс. 8-13. Компоновка кремниевой преобразовательной под-
станции. КПП 450 В, 200 кА корпуса электролиза алюминия.
избежание повреждения аппаратуры в результате кор-
Р°3Дл'я комплектных преобразовательных подстанций
/КВПП), питающих цеховые сети постоянного тока (рис.
8'12), выбор места диктуется максимальным приближением
х к енгру 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-
пия.
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-
ции при корпусах электролиза алюминия. Около каж-
дой преобразовательной подстанции располагается 1ПП
с трансформаторами 3 х 60 МВ-А, 220 10 кВ, обес-
печивающая питание двух преобразователей одновре-
менно.
293
8-7. ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ЗАЩИТА УСТАНОВОК
ПОСТОЯННОГО ТОКА
В установках постоянного тока — потребительских
и преобразовательных — защита от токов к. з. ослож-
няется тем, что реактивные сопротивления действуют
только в период переходного процесса к. з., так как цри
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
нарастапия постоянного тока к. з. в современных уста-
новках достигает 7—8 млн. Л/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
бмоток питающего трансформатора. Для ртутного вы-
ла, питающегося по схеме «две обратные звезды
с уравнительным реактором», среднее значение выпрям-
ченного к. з. без учета активных сопротивлений в цени
коммутации и падения напряжения в дуге при полностью
открытых сетках, А, (а = 0)
I = 6 Пи?- = 1.91 1 2' (8-4)
гдр __ номинальное фазное напряжение вторичной
обмотки трансформатора, В; х2 ~ -р хс — индуктив-
ное сопротивление цени коммутации, состоящее из сопро-
тивления трансформатора и системы, Ом.
Величина U2 определяется из выражения, В,
U(L + Ax,tU
Ut~-------1,17 ~ ~ ’ (8'S)
где Ud — номинальное напряжение выпрямленного тока,
В; А — 0,5 — коэффициент схемы; хт — реактивное со-
*
противление трансформатора, отн. ед.; SUa — полное
падение напряжения в дуге, В.
Реактивное сопротивление трансформатора, Ом,
Хт~ ST-1000 JT’
где ST = 1,26 U {1 — типовая мощность трансформатора
Для ртутного выпрямителя.
Более точные результаты (в сторону уменьшения)
получаются при учете активных сопротивлений в цепи
коммутации (сопротивления обмоток трансформатора и
сопротивления, соответствующего падению напряжения
в Дуге) и постоянного падения напряжения в дуге.
Падение напряжения в дуге состоит из постоянной и
переменной слагающей, пропорциональной току, В,
&Ua = At7dnoCT + At/dneP = 17,5 + 0,001Zd. (8-7)
Постоянная слагающая уменьшает действующее на-
пряжение, а переменная увеличивает активное сопротивле-
ние в контуре:
rdnep == 0,001 Ом.
295
Активное сопротивление трансформатора
t/J
Гт' 5T.10u6jT’
где
г Л/>Н- 3
Гт“*—<----.
* °т
(8-й)
Среднее значение тока к. з. с учетом активных сопро-
тивлений н постоянного падения напряжения и дуге, А,
7^ = 1,91
I 2 — Лапост
(8-9)
Установившийся ток к. з. имеет пульсирующий ха-
рактер с максимальным значением волны:
г _ л г
* dhH g М •
В переходный период максимальное значение тока
к. з. увеличивается за счет присутствия в анодных токах
апериодической слагающей
Idk я А*г/
Величина Ат зависят от отношения r/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.
Ври трехфазной мостовой схеме выпрямления, приме-
няемой для полупроводниковых выпрямителей, получаются
три полуволны, пз которых складывается выпрямленный
ток; для среднего тока к. а., А,
Idk - 3 = 0,955 Ц^*. (8-10)
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 пет необходимости защищать от токов к. з. серию
296
hih c шинопроводами, несущими ток до 150—200 кА.
0пыты <* • искусственными к. з. в цехах электролиза
CIIIA показали, что в этом случае вполне надежно рабо-
гиют защитные аппараты у параллельно работающих
выпрямителей.
Для защиты выпрямительных агрегатов от токов к. з.
применяются специальные быстродействующие автомати-
ческие выключатели, быстродействующие сеточные роле,
корогкоэамыкатели и быстродействующие предохрани-
тели. Основная особенность этих защитных аппаратов со-
Рис. 8 15. Осциллограмма отключе-
ния тока к. з. в цепи постоянною
тока.
и' и и" — кривые изменении напряжения
на коптиктих выключателей.
стоит в гом, что они ограничивают ток к. з., отключая
его До достижения максимального значения.
На рис. 8-15 представлена осциллограмма отключения
тока к. з. в цени постоянного тока обычным автоматом
(АВМ) и быстродействующим (ВДВ). Кривая /1 соответ-
ствует отключению к. з. автоматом АВМ и кривая /> —
автоматом В АВ. Полное время отключения каждого авто-
мата состоит из: /0 — времени, за которое достигнет тока
уставка срабатывания автомата /уст, 11 Н» 6* — соб-
ственного времени отключения выключателей (для АВМ
с и для В А В не более 0,005 с); оно длится от момента
Достижения током величины уставки до появления иапря-
'Кспия на контактах выключателя. Отрезок времени /4,
величина которого зависит ог скорости нарастании напря-
жения па контактах, называется временем ограничения
ЗЙ7
дуги. Отрезок времени называется временем угасания
Дуги.
Как видно из рис. 8-15, ток к. з. при отключении быстро-
действующим выключателем ВАБ ие успевает достигнуть
максимального значения. Собственное время выключа-
телей ВАБ зависит от скорости нарастания тока — чем
она больше, тем меньше собственное время.
Быстродействующие выключатели ВАБ 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.
В качестве катодных и линейных выключателем 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 серин 6 X ВАБ-36.
Кроме быстродействующих автоматических выключа-
телей для защиты ртутных агрегатов применяются быстро-
действующие сеточные реле. Реле реагируют па небаланс
анодных токов при обратных зажиганиях и снимают поло-
жительные импульсы с сеток, что запирает ток в вентилях.
Описанные защиты обеспечивают надежную работу
ртутпо-преобразовательмых агрегатов. В установках полу-
проводниковых преобразователей защита усложняется.
Ртутный вентиль легко перепоепт кратковременные
'к. з. в линии, а полупроводниковые вентили имеют неболь-
шую термическую устойчивость, которая выражается
тепловым эквивалентом в виде ампер-секундпого интег-
рала. представляющего собой площадь, образованную
характеристикой изменения тока за время отключения
Роткл \
S 141
\ и /
298
Рис 8-16. Ампер-се-
кундная характери-
стика быстродейст-
вующего предохрани-
теля ПНБ.
Иля индивидуальной защиты полупроводниковых веп-
телсй используются быстродействующие предохранители
типа ПНБ, характеристика которых представлена на
пне. 8-16. Полное время отключения £Откл слагается из
времени расплавления ?пл и времени горения дуги frop, при
котором ток уже имеет ограниченную величину. Ампер-
секупдный 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. Па практике число вентилей
принимается по рабочему току с за-
пасом, чтобы при отключении неис-
правного вентиля предохранителем
агрегат оставался в работе, а неис-
правность указывалась специальной
сигнализацией.
Вторым защитным аппаратом по-
лупроводниковых вентилей служит
короткозамыкатель типа КЗ-1, ко-
торый замыкает накоротко цепь
переменного тока до вентилей со
временем 1,3—1,5 мс и снимает с них
ток к. з. в сети выпрямленного тока.
Вызванное им к. з. трансформатора
отключается выключателем со сто-
роны высшего напряжения. Короткозамыкатель рассчитан
на включение тока 70 кА; при больших токах вклю-
чаются два аппарата параллельно. Управление коротко-
замыкателем 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 ло?кные срабатывания. Из-за высокой
надежности крупных электролизных преобразовательных
установок и малой вероятности к. з. между полюсами
запроектированные в таких установках короткозамыка-
те.ти были демонтированы без ущерба для надежности
работы.
Опыт применения быстродействующих предохраните-
лей тина 11 НВ-5, отключающая способность которых на
постоянном токе 100 кА при напряжениях до 730 В, пока-
зал вполне надежную работу кремниевых прообразова-
ть гей 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 па рабочие токи 1 600—3 200—6 300 А и напряже-
ния постоянного тока 150—450—850 В. Отключаемый
ток — до 100 п 200 кА. Ампер-секупдный интеграл состав-
ляет соответственно (1 100—3 500—8 000) • 103 А2-с, что
обеспечивает быстродействие при отключении больших
токов короткого замыкания.
Для небольших преобразовательных агрегатов 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
Ферро м агнитные преобразователи
частоты работают на принципе использования нели-
нейных магнитных элементов для получения высших
(умножители) и низших (делители) гармоник. Так, из час-
тоты 50 Гц можно получить 25, 75, 100, 150, 200, 250, 300,
300
•>50 п 400 Гц. Умножители частоты применяются для пита-
ядя 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. и. д. па 2—3% ниже, чем у послед-
него.
Преобразователи выполняются однофазными и трех-
фазными, последние могут иметь трехфазпыйи 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*Л. Кафедра электрических машин
и аппаратов Горьковского политехнического института
провела большую исследовательскую работу в этой области
под руководством доктора техн, наук проф. А. М. Бам-
даса. На кафедре разработан утроится ь частоты мощностью
1 000 кВ*Л 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
преобразовате шй той же модности); 4) низкие начальные
затраты (па 10% ниже стоимости вращающегося преобра-
зователя той же мощности); 5) отсутствие шума.
К недостаткам этих преобразователей можпо отнести:
1) отсутствие возможности регулировать частоту; 2) пес-
ке тько 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 вращеппя поля статора
генератора противоположно вращению роторов, в резуль-
тате чего в роторе генератора индуцируется ток частоты
/2 - 7г ’
301
Рпс 8 17. Принципиальная
схема acini хрип пою преоб-
разователя частоты.
где лг, лд — частота пращой им ноля генератора и ротор.,
двигателя, об мин; /»г — число пар полюсов генератор^
Ток повышенной до 100 Гц частоты снимается с ко шц
генератора. Основное назначение АПЧ — питание мелких
приводов — электроинструмент, прядильные центрифуги
искусственного волокна, деревообделочные станки и ip
Нашей промышленностью выпускаются АПЧ Hil
75—400 Гц мощностью 1—125 кВт с- к. и. д. 50—85%.
За рубежом мощность АПЧ достигает 1500 кВт (Япония
150/130 Гц для промышленности
искусственного волокна).
Как показали исследования
кафедры электрических машин
и аппаратов Горьковского поли-
технического института, АПЧ
могут надежно работать парал-
лельно.
исследовались
о июмашипного бесконтактно! о
А11Ч, у которого все обмол ки
выполняются на общих магнито-
той я<о кафе цц»
конструкции
проводах статора и ротора.
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 AIIlI: 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-11.
В. ДВИГА Н:. Ill ГЕНЫ» УТОРЫ
Генераторы повышенной частоты типа ГСЧ до 5UU Гц
выполняются трехфазными, а для более высоких частот
типа ВГО и ВГВФ — однофазными. Грехфазные гене-
раторы. приводимые двигателями постоянного тока с регу-
лированием частоты вращения, применяются для питания
асинхронных двигателей при переменной частоте. Нанри-
мер, для частотного регулирования приводив роликоь
302
а»рангов прокатных станов питание двигателей роликов
Гпоинюдитсн от агрегата ГСЧ-12-30-37 + МП 170-400.
Пвигатель постоянного тока имеет регулирование частоты
Б)ящепия от 1 000 до 400 об мин. генератор изменяет час-
Т()Гу от 50 до 20 Гц, одновременно —- напряжение от 400
д0 160 В, «» мощность от 200 до 80 кВ-А. Максимальная ,
мощность генератора для ^частотного регулирования до
500 кВ А.
Для питания различных электроприводов применяются
двигатели генераторы с постоянной частотой вращения,
вырабатывающие трехфазиый ток с постоянными часто-
1’нс 8-18. Электрона! шпмая схеме индукционного кчкфаюра при
частотах 3 (ИЮ Гн и выше.
ОН о/'мпткл нмбужденни; ОНИ — оВммтка пыгокоП частоты: Ф’ в Ф' —
магнитные пони н t — зубцовый шаг, рн пни и> Ф* — Ф' монист знак прп шлю-
!‘urc ротор । па каждый !/2 .
тамп 16—500 Гц, при напряжениях 130 —3 300 В, с к. и. д.
75-90,5%.
Вигапне установок индукционных плавильных электро-
П(‘Ч(‘й и сквозного нагрева для ковки, штамповки и про-
катки при частотах 1 00U—10 000 Гц производится от
однофазных индукторных генераторов. Последние состоят
из статора, на котором расположены основная обмотка
генератора ОВЧ и обмотка возбуждения ОВ (рис. 8 18)
и ротора с бо п.шпм ко Н1чество.м зубцов, которые при вра-
щении дают иульсирхкицее сопротивление в магнитном
пени, вследствие чего в обмотке генератора наводится
А- с. повышенной частоты. 13ыно шейпе генераторов на
повышенные частоты затрудняется увеличением нагрева
'к,,леза при высоких частотах, вследствие чего при ходится
303
применять водяное охлаждение бочки ротора с подвозом
воды через полый вал. Статоры имеют воздушное охлаж-
дение: прп мощностях до 100 кВт с продуванием воздуха
при 250 кВт и выше — по замкнутому циклу с использо-
ванием водяных охладителей (рис. 8-19).
В СССР двигатели-генераторы мощностью 12—100 кВт
частотой 2 400 и 8 000 Гц типа ВПЧ на 3 000 об/мин
изготовляются Ереванским электромашиностроительным
заводом в вертикальном исполнении, что значительно
экономит площадь под агрегат. Коэффициент полезного
действия преобразователей ВПЧ не ниже 70% (см. прнло-
Рпс. 8-19. План фундамента с проемами и разрез уста-
новки агрегата ВГО-АТМ с водяным охлаждением типа
ВУЩ
жен не П-П). В приложении П-П приведены данные агре-
гатов 37,5—1 500 кВт.
Все генераторы ВГО имеют замкнутую систему воздуш-
ного охлаждения с водяными воздухоохладителями. Гене-
ратор ВГО 1500-500 имеет обмотку возбуждения па роторе,
остальные — индукторного типа с обмоткой возбуждения
па статоре. Напряжение двигателей 6—10 кВ.
Коэффициент полезного действия агрегатов увеличи-
вается с увеличением мощности и падает с повышением
частоты.
Один из рекордных генераторов, выпущенный фирмой
ДЖИИ (США), мощностью 3 МВт, частотой 3 000 Гц
имеет водяное охлаждение статора и водородное — ро-
тора.
Трехфазные генераторы повышенной частоты, приво-
димые синхронными двигателями, для синхронизации
требуют подгонки векторов напряжения, выполняемой
304
путем сдвига половинок соединительных муфт между гене-
ратором и синхронным двигателем.
Однофазные индукторные генераторы повышенной час-
тоты легко синхронизируются, пе требуя никаких устройств
для предварительной синхронизации. Приводимые син-
хронными двигателями генераторы могут работать парал-
лельно, при этом нагрузка между ними регулируется воз-
буждением синхронных двигателей. При работе генера-
торов ВГО создается значительный шум повышенного
тона, слышимый на расстоянии 50—70 м от стены преоб-
разовательной подстанции.
Припараллольной работе агрегатов повышенной частоты
необходимо автоматическое регулирование напряжения
в зависимости от нагрузки. Электропромышленность выпус-
кает специальные комплектные панели для управления
п регулирования напряжения агрегатов.
Мощность современных преобразовательных подстан-
ций с агрегатами 1 500 кВт достигает 12—15 МВт при числе
агрегатов 8—10 шт.
Гак как генераторы рассчитаны на коэффициент мощ-
ности 0,95—1, то питаемые от них индукторы должны под-
ключаться с конденсаторными батарсямп. Мощность послед-
них достигает 10-кратной величины мощности генераторов
при частотах 8 000—10 000 Гц, когда коэффициент мощ-
ности индукторов падает до 0,1. В некоторых установках
для стабилизации напряжеппя при резком изменении
нагрузок применяется последовательное включение кон-
денсаторов в цепь генераторов (продольная компенса-
ция).
К достоинствам двигателей-генераторов повышенной
частоты относятся: 1) возможность получения больших
мощностей агрегатов; 2) повышение коэффициента мощ-
ности сети при использовании синхронных двигателей;
3) возможность регулирования напряжеппя; 4) отсутствие
генерации высших гармоник. Их недостатки, как всех
вращающихся преобразователей: 1) наличие вращающихся
частей; 2) низкий к. п. д.; 3) сложность системы охлаж-
дения; 4) значительный шум.
г. ИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
В ионных преобразователях для получения выходной
повышенной частоты применяется сеточное управление
вентилями. Величина частоты ограничивается временем
восстановления управляемости сетки ионного вентиля,
с05
^50 ги
^2500Га
Рис. 8-20 Принципиаль-
ная схема ионного пре-
образователя частоты с
явно выраженным зве-
ном постоянного тока.
1 — силовой трансформа-
тор; Я — пыпрям 1111011(110
ьенти nt J — иияертирую-
ПН1С вентили; 4 — выходной
трансформатор.
(оставляющим около 50 мкс, и на современных тиратро
нах и игнитронах может быть достигнута 2 500 Гц.
Ионные преобразователи частоты выполняются с явно
выраженным звеном постоянного тока н со скрытым зве-
ном постоянного тока. В нервом случае (рис. 8-20) одца
группа вентилей 2 выпрямляет ток нормальной частой.!
а другая 3 — инвертирует ток повышенной частоты.
В преобразователях со скрытым
звеном постоянного тока (рис. 8-21)
один и тс же пентили 2 исполь-
зуются одновременно для выпрям-
ления и для инвертирования.
Разработана серия преобразо-
вателей частоты со скрытым звеном
постоянного тока ня 500—1 000 Гц,
мощностью 500, 750 и 1 500 (2 X
X 750) кВт и на 2 000—2 500 Гц,
мощностью 250, 500 (2 X 250) и
1 000 (4 X 250) кВт. Инверторы
1 000 Гц ио 750 кВт успешно ра-
ботают в кузнечных цехах ГАЗ и
других заводов для индукцион-
ного нагрева заготовок. В серии
используется трехсотом пын двух-
аиодпып ртутный вентпль-пгнп-
троп типа П11Ч-5 с водяным ох-
лаждением, который при частою
500—1 000 Гц обеспечивает мощ-
ность 500 кВт па Tjwx вентилях
и 750 кВт — на шести вентилях.
При повышении частоты до 2 0(Ю—
2 500 Гц три вентиля обеспечи-
вают мощность 250—300 кВт; для
500—000 кВт необходимы шесть
вентилей.
Питание преобразователя вы-
полняется на напряжении б —10 кВ
трехфазиого тока частотой 50 Гц; на выходе за игнитро-
нами включен трансформатор повышенной частоты, имею-
щий выходное напряжение однофазного тока 750 В по-
вышенной частоты.
К числу достоинств ионных преобразователей частоты
относятся: I) отсутствие вращающихся частей; 2) отсут-
ствие фундамента; меныная масса и габариты; 3) отсутствие
;ки>
HiVMn; высокий к. и. Д. (до 92—95".»); 5) малые потери
1 ппоСТОГО ходи; 6) ВОЗМОЖНОСТЬ плавного регулирования
частоты в пределах 3U о.
Цо остатки ионных преобразователей: I) ограниченная
MOUinovTi. и необходимость собирать мощные агрегаты из
^50 Гц
плп
/ -----
<©©©©©©
2500Гц
Рис. 8 21. Принципиальная схема шитого
нреобра ишатсля частоты со скрытым звеном
постоянного тока.
1 — снлопоН трансформатор; 2 — пыпрлмляннцпс и
нннергирующне вентили; 3 — выходной трансформа-
тор.
мелких единиц; 2) ограниченная возможность повышения
частоты до 2 5(М)—3 000 Гц; 3) генерация высших гармоник.
Перспективы ионных преобразователей недостаточно
ясны в связи со значительной конкуренцией со стороны
полупроводниковых преобразователей.
Л. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЫН»Р\ЗОВ VTE.TII ч х< лоты
Развитие управляемых полупроводниковых вентилей —
тиристоров, могущих работать в инверторном режиме,
привело к созданию полупроводниковых прообразов»
телец частоты, в первую очередь для частотного регулиро-
вания скорости асинхронных двигателей, впоследствии —
Для питания установок индукционного нагрева и других
;,-лсктроприсмнпков повышенной частоты.
.307
Поскольку стоимость тиристоров резко возрастете уве-
личением класса, г. о. с увеличением напряжении, то для
удешевления преобра юна го ля применяются схемы с явно
выраженным звеном постоянного тока, при которых полу-
чается меньшее напряжение па тиристорах.
В соответствии с реальным временем восстановления
управляемости вешили, которое для серийных тиристоров
типа ВИДУ-150 имеет значительный разброс, практически
достижимая частота при инвертировании получается до
2 500 Гц.
Испытание 100 к и юваттпого преобразователя частоты
50 2 500 Гц на тиристорах показало, что к. п. д. его состав-
ляет 91,5 <1 по сравнению с 78% для машинного преоб-
разователя типа П ВС-'100-2500. Кроме того, кривая
к. и. д. тиристорного преобразователя при уменьшении
загрузки до 25“о надает всего до 90%, в то время как у
машинного преобразователя — до 5-4%. Таким образом,
при малых нагрузках тиристорный преобразователь рабо-
тает более экономично, чем машинный.
Для питания электроинструмента выпускаются тири
сторные преобразователи частоты типа 11ЧС-4-150/200/400
на частоту 150/200/400 Гц трехфазиого тока с напряжением
па выходе 36 пли 220 В, мощностью 4 кВ* А с к. и. д. до
91%. Аналогичный преобразователь ИЧС-10-150/200 400
мощностью 10 кВ*А имеет к. п. д. 85%. Таллинский
электротехнический завод выпускает тиристорные преоб-
разователи частоты для пптания ин аукционных установок
мощностью 630 кВт с регулируемой частотой 1000zh200 Гц,
типа ТИЧ-1 и 150 —300 Гц, типа ТПЧ-2.
Фирма Сименс (ФРГ) поставила тиристорный преобра-
зователь частоты для нагрева труб производительностью
30 т ч, мощностью 12 МВт с регулируемой частотой 500 —
1 U00 Гц.
ВЭИ разработаны высокочастотные тиристоры типа
ВКЧ-50 на 50 кА и 500 В, позволяющие достигнуть часто-
ты 2.» кГц прп времени восстановления управления 20 мкс.
Имеются сообщения о зарубежных тиристорах с пщ‘.мепем
восстановления до 8 — 10 мкс.
В настоящее время тиристорные преобразователи вытес-
няют все другие преобразователи повышенной частоты,
аналогично тому, как в области выпрямительной техники
полупроводниковые вентили уже вытеснили остальные
преобразователи.
308
8-9. BI.IGOP ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕН ЧАСТОТЫ И ИХ
ГДЗМ1 ЩЕП НЕ
Электропромышленностью СССР для частот до 500 Гц
трехфазиого тока выпускаются серийно асинхронные
преобразователи частоты. двигатели-генераторы и тири-
сторные преобразователи. Для частот до 1 000—2 500 Гц
Рас. 8-22. Установка восьми агрегатов
ВГВФ-1580-2500 4-СТА! 2500-2 для индукви-
итюги нагрева труб при частоте 2 500 Гц.
серийно выпускаются двигатели-генераторы, ионные л
полупроводниковые преобразователи, а на частоты до
М кГц только двигатели-генераторы однофазного тока.
Тиристорные преобразователи повышенной частоты (до
кГц) находятся пока в стадии разработок.
309
Достоинством полупроводниковых инверторов как ста-
тических преобразователей является возможность рогу,
тирования частоты, что имеет значение для повышения
эффективности процесса нагрева. Когда Р<‘гулнровК|Ч
частоты истребуется и сама частота не велика (100—25U Гц),
наиболее экономичными будут ферромагнитные преобра-
зователи особенно при неблагоприятных условиях среди
(для угольных шахт, химических цехов h др.).
Крупные преобразовательные подстанции индукцион-
ного нагрева в кузнечных цехах, трубопрокатных станах
и т. н. располагаются вблизи потребителей в специальных
машинных залах. При сооружении необходимо предусмат-
ривать размещение РУ напряжения выше 1 000 В для
питания двигателей, панелей управления генераторами,
РУ высокой частоты и самих агрегатов, включая их систе-
мы охлаждения. Последние могут быть проточными с забо-
ром воздуха через воздухоохладители, обычно применя-
емые в системах вентиляции крупных электромашин.
Воздухоохладители помещаются в фундаментах иод маши-
нами (рис. 8 !9). Каналы в фундаменте для подвода и отво-
да воздуха должны быть рассчитаны па сопротивление не
выше iO мм вод. ст., которое может преодолеть крыльчатка
на роторе машин. Планировка зала должна пред>сматри-
вать площадки для монтажа и ремонта машин, монтажные
проемы для опускания воздухоохладителей иод машины,
а также проходы между машинами не менее 1 м, между
панелями управления и машинами пе менее 2 м. При массе
машин более 3 г необходимо предусматривать крап-балку
пли мостовой кран соответствующей грузоподъемноеiи.
Па рис. 8-22 представлен общий вид преобразовательной
подстанции с машинными агщтатами частотой 2 3U0 Гц,
общей мощностью 12 МВт для индукционного нагрева
труб.
Для статических преобразователен частоты конструк-
ции подстанций в строительной части значительно упро-
щаются.
S-1U. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ ПЕРВИЧНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ (ИСИД)
При испытании первичных двигателей — автомобиль-
ных, тракторных, авиационных, судовых и т. и. — при-
меняются специальные машины постоянного тока с под-
вижной магнитной системой, так называемые балансир-
3LU
и,к« тина МПБ, мощностью 21—600 кВт (см. приложение
П-10- Уравновешивание магнитной системы рычагом с гру-
, позволяет непосредственно намерять вращающий
юмепт двигателя. В начальный период испытания балан-
сирная машина работает п качество двигателя и производит
холодную обкатку подшипников. При подаче горючего
л первичный двигатель балансирная машина обращается
в нагрузочный генератор, выдающий энергию па нагрев
сопротивления или в систему заводского электроснаб-
жения. В последнем случае возникает задача преобразо-
вания постоянного тока в трехфазиый ток частотой 50 Гц.
Кроме машин постоянного тока для указанных целей
применяются асинхронные балансирные машины типа
АК1» мощностью 30—160 кВт (см. приложение 11-Н)в дви-
гательном режиме для обкатки и в нагрузочном режиме
в качестве асинхронных генераторов. Рекуперативный
режим испытаний с выдачей анергии в сеть дает значитель-
ный экономический эффект. Так, на одном авиамоторном
заводе США выдача энергии в сеть составила дов57°6
общего расхода энергии заводом.
II[ш машинах постоянного тока, легко осуществляющих
регулировку скорости, выдача энергии в сеть позможиа
при применении преобразователей: а) двигателей-генера-
торов (реверсивных); б) ионных инверторов; в) полупро-
водниковых инверторов.
Предпочтение следует отдать полупроводниковым ин-
верторам, поскольку двигатели-генераторы имеют низкий
к. п. д., а ионные инверторы постепенно вытесняются тири-
ст ори ы м и п реобра зо ва тел я м и.
Использование асинхронной машины в качестве нагру-
зочного генератора возможно при частоте вращения выше
синхронней, с отрицательным скольжением. Для этого
в ротор вводится реостат, увеличивающий скольжение, но
поглощающий энергию. Для уменьшения потерь энергии
в реостате применяется асинхронная машина с переклю-
чением числа полюсов. В этом случае общин диапазон
pciулировапия скорости может быть увеличен, а регулн
рование за счет введения [теостата в ротор будет пропс
ходить в меньших пределах, что уменьшит потери. Недо-
статком этой схемы является необходимость изготовления
специальной двухекоростпой машины.
Тот же результат может быть получен при каскадном
соединении ц»ух одинаковых обычных асинхронных машин
с фазным ротором по схеме рис. 8-23. 11 ри включении ста-
311
торов ооеих машин в сеть синхронная частота вращения
будет наибольшей. Прп каскадном соединении синхронная
частота вращения уменьшается в 2 раза, так что регули-
рование будет в ограниченных пределах. Если первичная
Рис. 8-23. Принципиальная схема рекуперации энергии при обыч-
ном и каскадном включении двух асинхронных генераторов.
а — схема для номинальной скорости; б — схема для половинной скорости;
ДВС — двигатель внутреннего сгорания; АГ-1 и АГ-2 — асинхронные гене-
раторы; Р — реостат.
сеть и обмотки статоров выполнены на напряжении выше
1 000 В, то в каскадной схеме между статором второй ма-
шины и реостатом ставится трансформатор, который сни-
жает рабочее напряжение регулировочного реостата и
улучшает кривую момента в зависимости от скольжения.
Рпс. 8-24. Принципиальная схема рекупе-
рации энергии по каскадной схеме с тири-
сторными преобразователями в цепи ро-
тора.
ЛВС — двигатель внутреннего сгорания; АГ —
асинхронный генератор. Тиристорный инвертор
с явно выраженным звеном постоянного тока.
Дальнейшее совершенствование схемы состоит в при-
менении преобразователя частоты вместо реостата в цепи
ротора — так называемый аеннхроино-вентильный каскад
(АВ К). В качестве преобразователя частоты могут быть
применены ионные или полупроводниковые инверторы,
g этом случае отпадают потери в реостатах.
На Горьковском автозаводе для испытания автомобиль-
ных двигателей выполнена установка АВ К, разработан-
ная па кафедре электропривода Горьковского политехни-
ческого института (рис. 8-24). Асинхронная машина мощ-
ностью 60 кВт имеет в цепи ротора тиристорные блоки
выпрямления и инвертирования, и с помощью бесконтакт-
ного управления углом зажигания работает в качестве
нагрузочного генератора с частотой вращения 1 500—
4 600 об/мин и выдачей энергии в сеть, со стороны статора
и со стороны ротора путем инвертирования.
Последняя схема является наиболее перспективной, так
как дает минимум потерь и использует бесконтактное
управление. Эта схема позволяет использовать торможение
первичного двигателя за счет выдачи полезной энергии
в сеть. К недостаткам схемы АВК относится генерация
высших гармоник со стороны статора и со стороны ротора.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА
НАПРЯЖЕНИИ ВЫШЕ 1 000 В
9-1. СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРПЕМНПКОВ
НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 000 В —
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ
Для управления и защиты одиночного двигателя напря-
жением выше 1 000 В при значительном удалении от источ-
ника питания (РП) может быть применена схема рис. 9-1, а.
Здесь В1 выключатель па источнике питания (РП) и
£2 — у рабочего места в цехе. Выключатель В1 служит
Для защиты от токов к. з. двигателя и питающего кабеля.
Второй выключатель В2 является оперативным для пуска
и останова двигателя. Если требуется реверс, то устанав-
ливаются два оперативных выключателя для прямого и
обратного хода; при динамическом торможении уста-
навливается третпй. Оперативный выключатель имеет
защиту от перегрузки двигателя и технологические бло-
кировки — смазки, водяного охлаждения агрегата и т. п.
Описанная схема может быть упрощена применением
Дистанционного управления В1 с рабочего места в цехе
313
(рис. 9 1, 6). Подобны© схемы применяются, и Частности
во взрывоопасных помещениях, где располагаются сам
двигатель н взрывозащищенный пост управления, a выклю-
чатель находится в распределительном устройстве РЦ
При напряжении сети 10 кВ и мощностях дшпатецщ
изготовляемых только на напряжение 6 кВ пли ООО jf
часто применяется схема блок трансформатор—двию-
тель (рис. 9-1. в) с глухим подключением двигателя к тран-
сформатору. В этом случае все операции по управлению
и защите блока возлагаются на выключатель со стороны
ff-Юнв
6-Юк8
Рис. 9-1. Схема присоединения одиночных Двигате-
лей напряжением выпи* 1 OUU В.
напряжении 10 кВ. Подобная схема применима при число
двигателей до трех, так как требует много места для тран-
сформаторов, а при трансформаторах с негорючим запол-
нением или сухих — схема неэкономична. При большем
числе двигателей применяется групповая трансформация
(рис. 9-2) с двумя трансформаторами, выбранными в соот-
ветствии с категоринностыо потребителей и необходимым
обеспечением требуемой мощности при отключении одного
трансформатора. Па вторичной стороне трансформаторов
сооружается РУ пониженного напряжения.
Для пуска мощных двигателей при пониженном напря-
жении применяются реакторы, которые шунтируются после
запуска (рис. 9-3, а) или остаются включенными в цепь
(рис. 9-3, б) в целях снижения подпитки токами к. з.
от мощных синхронных двигателей, посылающих в сеть
при внешних к. з. мощность, равную пусковой (Jl.li 11-
314
реакторный пуск может быть выполнен двухступеп-
ТЬ1М с применением сдвоенною реактора (рис. 9 4).
I ’ включении выключателя / в цепь двигателя попадает
IubHiiciiinie индуктивное сопротивление последовательно
'оечиненных ветвей реактора; при включении выключателя
l'одна ветвь шунтируется и остается включенной другая
ветвь для ограничения токов к. з.
Мощные электроприемники с резкопеременной нагруз-
кой часто подключаются к одной ветви с военного реактора
Рве. 9-2. Схема присоединения двигателей напряжением выше
1 000 в при групповой трансформации.
в целях стабилизации напряжения на другой ветви, к кото-
рой присоединяются остальные элсктроприе.мпикн. Для
обеспечения самозапуска тихоходных синхронных двига-
телей возможно применение схемы включения двух обмо-
ток статора па разные секции PI1 с нормально разомкну-
тым секционным выключателем (рис. 9-5).
В отдельных случаях для мощных двигателе!! приме-
няется частотный пуск с подачей пониженной частоты и
НОС1СНСПНЫМ повышением ее до номинальной 50 Гц. Так.
Для двигателя воздуходувки доменной печи мощностью
•»3 МВт частота, начинал с 0.5 Гц. подавалась от специаль-
ного преобразователи частоты мощностью 11 МВ-А.
1 рапсформАторыдля электропечей со спокойной нагруз-
кой (печи сопротивления, ферросплавные, индукционные)
315
Рпс. 9-3. Схемы присоеди-
нения двигателей высокого
напряжения с реакторным
пуском.
а — с шунтированием реактора
после пуска; б — без шунтиро-
вания.
имеют одип или два выключателя аналогично схеме рис.
9-1 а, б. Эти выключатели работают в режиме, аналогич-
ном режиму выключателей для двигателей. Совершенно
другая картина наблюдается в
установках дуговых электро-
печей для плавки стали или
чугуна, где (см. § 3-1) оператив-
ный выключатель должен от-
ключать несколько к. з. на
электродах (но ПУЭ до 3—3,5-
кратной мощности трансформа-
тора) за каждую плавку. Вслед-
ствие тяжелого режима, требу-
ющего частой ревизии выклю-
чателя и смены масла, устанав-
ливается резервный выключа-
тель па каждую печь илп на
две-три печи. Па рис. 9-6 пред-
ставлена схема электроснабже-
ния электросталелитейного цеха
с печами 80 и 200 т па напря-
жении 35 кВ (резервные вы-
ключатели зачернены).
схемы питания мощных дуго-
электропечей как потребителей
При составлении
•вых сталеплавильных
Рис. 9-4. Схема пуска
мощного синхронного
двигателя через сдвоен-
ный реактор.
Рис. 9-5. Схема присое-
динения мощного син-
хронного двигателя с
двумя обмотками ста-
тора на две секции РП.
с резко переменной нагрузкой необходимо учитывать воз-
можные колебания напряжения при их работе и выбирать
точки присоединения с наибольшей мощностью к. з.
316
к источнику питания на напряжения 35 кВ и выше.
Итя крупных электросталеплавильных цехов сооружаются
Отдельные ГПИ 110—220 кВ для питания только дуговых
печей [Л.9-31.
Если для двигателей и электропечей выключатели
выполняют большую оперативную работу с частыми вклю-
Рис 9-6. Схема электроснабжения электросталелитснного цеха
с дуговыми печами.
J — автотрансформатор 25 МВ -А; 2 — печной трансформатор 25 МВ -А; з —
«вготрансформатор 45 МВ - А; 4 — печной трансформатор 45 МВ А: о — дуго-
вая печь 80 т* 6 — дуговая печь 200 т.
пениями и отключениями, то для редко отключаемых
Цеховых трансформаторов расположение выключателя
безразлично, так как питание к трансформатору подается
каоелем, и важно лишь, чтобы этот кабель не был слишком
Длинным. Поскольку часто сечение кабеля получается
завышенным по условиям термической устойчивости при
к- з.э целесообразно питание двух млп трех трансформа-
торов на разных ТП от одного выключателя «в цепочку».
317
Наиболее целесообразно применение перекрестных маги-
стралей — лучей (рис. 9-7). В этом случае при отключении
одной вертикальной магистрали нагрузка будет обеспе-
чена оставшимися трансформаторами с перегрузкой, кото-
Рис. 9-7. Схема перекрестных магистралей питания ТП
рая распределится на три горизонтальные магистрали.
Описанная схема рекомендуется для питания группы ГВ
больших корпусов, в которых число ТП измеряется десят-
ками.
Что касается преобразовательных подстанций, то они
обычно состоят из группы преобразователей в машинных
318
зала к или в крупных преооразовательных подстанциях
(электролиз), где имеется распредустройство 6—10—35 кВ
с их выключателями. Присоединение преобразовательных
агрегатов производится к разным секциям РП аналогично
тому. как присоединяются двигатели напряжением выше
1 000 В и трансформаторы ТП.
9-2. КАРТОГРАММА НАГРУЗОК; ВЫБОР МЕСТА И МОЩНОСТИ
РП И ГПП
Для выбора мест РП и ГПП аналогично картограмме,
описанной в § 8-3, строится картограмма нагрузок или
расходов энергии па генплане предприятия по напряже-
ниям 6, 10, 35 кВ и выше (для электропечей мощностью
60 МВ-Л и выше), дающая ориентировку в подборе мест
РП и ГПП. Оптимальное положение РП будет не в центре
Рис. 9-8. Размещение РП.
« — правильное; б — неправильное.
нагруЗКП> РП смещено к наибольшей нагрузке и ближе
к источнику питания во избежание обратного потока энер-
гии (рис. 9-8), вызывающего увеличение расхода кабеля
и потерь электроэнергии.
Выбор места РП в первую очередь определяется нали-
чием двигателей напряжением выше 1 000 В (машинные
залы прокатных цехов, насосные, компрессорные, возду-
ходувные и т. п.) или электропечей с трансформаторами,
^елц имеются только одни ТП, то место РП выбирается
319
на генплане по возможности смещенным от центра
нагрузки бли ке к источнику питания и согласовывается
с генеральным проектировщиком. Если по условиям среды
нельзя сделать встроенное или пристроенное распредуст-
ройство, например пз-за взрывоопасности, то сооружается
отдельное здание РП.
Оптимальная мощность РП может изменяться в зави-
симости от количества ТП, которые питаются от разных
РП, в то время как нагрузки двигателей и трансформа-
торов электропечей напряжением выше 1 000 В жестко
привязаны к данному РП.
Па выбор мощности РП влияют величина напряжения
6 или 10 кВ и схема питания (магистральная от токопро-
вода, или радиальная по кабельной сети). В источнике
питания и на вводах РП устанавливаются выключатели
па ток 1 000, 1 500, 2 000, 3 000 А. Соответственно полу-
чаются предельные мощности отходящих линий и РП при
радиальной схеме: при 6 кВ 10, 15, 20, 30 МВ - А, при 10 кВ
17, 26, 35, 52 МВ - А. Обычно РП пптаются по двум линиям,
так что в нормальном режиме нагрузки будут в 2 раза
меньше. Однако нельзя принимать в проектах указанные
предельные мощности, так как энергопотребление дей-
ствующих предприятий и их нагрузки непрерывно возраста-
ют даже после достижения проектной мощности за счет
повышения использования имеющегося технологического
оборудования и добавления нового оборудования в пре-
делах существующих корпусов, не говоря уже о строитель-
стве новых цехов.
Коэффициент запаса на естественный прирост нагрузки
на период срока окупаемости до 5—8 лет зависит от отрасли
промышленности. Принимая в среднем удвоение нагрузок
за 10 лет, получаем запас на срок окупаемости 8 лет 80%
и тогда соответственно рекомендуемые мощности РП при
6 кВ 5, 6, 8, И, 17 МВ - А, а при 10 кВ 10,14, 19, 29 МВ -А.
Если нагрузки узлов РП получаются меньше указанных,
можпо рекомендовать питаппе мелких РП «в цепочку»
от общего выключателя на источнике питания, стремясь
к максимальному использованию каждой ячейки РП.
На самом РП обязательно предусматриваются резервные
ячейки или места для их установки, для подключения
дополнительных установок.
При составлении схем РП и питающих от них уста-
новок следует учитывать, что на предприятиях (химичес-
ких, нефтехимических, горнообогатительных комбинатах),
320
которых имеются самостоятеиные технологические по-
токи, схема электроснабжения каждого потока должна
быть независимой для возможности одновременного вывода
в ремонт вместе с технологическим оборудованием.
При питании РП от ГЭЦ или ГПП па напряжении 6—
Ю кВ возникают варианты схем: магистральной — с токо-
проводамп — или радиальной — с кабелями. Места РП
целесообразно сместить ближе к источнику питания или
приблизить к трассе токопроводов.
При питании предприятия достаточно большой мощ-
ности от энергосистемы сооружаются ГПП с высшим напря-
жением 35—110—154—220 кВ. При выборе мощности
ГПП исходят из стандартной мощности трансформаторов,
которых обычно устанавливается два (иногда ставят один
пт три). Двух- и однотрансформаторные ГПП (ио типо-
вым проектам Электропроекта) имеют мощности при напря-
жении питания 35 кВ — 1 х Ю, 2 х 10 МВ-А; при 110
кВ — 1 X 16, 2 х 16, 1 х 25, 2 X 25, 2 х 40, 2 х 63 и 2 х
х80 МВ • Л. Дальнейшее увеличение мощности имеет место
в особо энергоемких производствах. Например, в электро-
лизе алюминия типовая ГПП имеет мощность 180 МВ-А
(три однофазных трансформатора по 60 МВ - А) при напря-
жении питания 220 кВ.
Увеличение мощности трансформаторов связано с повы-
шением токов к. з, и лимитируется разрывной мощностью
промышленных выключателей 6—10 кВ, которая до послед-
него времени находилась в пределах 200 МВ*А при 6 кВ
и 350 МВ-А прп 10 кВ. В настоящее время выпускаются
модернизированные усиленные выключатели с разрывной
мощностью 500 МВ-А при 10 кВ.
Если при трансформаторах мощностью 25*МВ*А и вы-
ше требуется ограничивать ток к. з., то это достигается
(рис. 9-9): 1) установкой реакторов (одинарных или сдво-
енных); 2) применением трансформаторов с расщепленными
обмотками и 3) применением трансформаторов с повышен-
ным значением ик.
Трансформаторы с повышенным значением ик нс явля-
ются серийными, их производство недостаточно освоено,
а повышение ик создает затруднения с регулированием
напряжения, так что следует ориентироваться на приме-
нен пе расщепленных обмоток. Последние обеспечивают
необходимый уровень токов к. з. на напряжении 10 кВ
при мощностях трансформаторов до 80 МВ-Л. Для напря-
жения 6 кВ при трансформаторах 63 и 80 МВ*А, кроме
11 Мукосеев Ю. Л. 321
расщепления обмоток, необходимо еще установить сдвоец,
ныс реакторы на каждую обмотку, в результате чего полу-
чаются восемь секции вместо четырех (рис. 9-9, д). Такая
Рис. 9 9. Прш1Ц11ниалы1ио схемы ограниче-
ния токов к. з. н схемах ГНИ.
п — реактивным сопротивлением трпнеформпторов;
б — обычными релктордмн; < — сдвоенными реакто-
рами. г — расщепленными обмотками. 0 — расщеп-
ленными оимогками к сдвоенными [«акторами.
схема затрудняет распределение нагрузок по секциям,
удорожает установку и усложняет эксплуатацию.
В некоторых случаях может оказаться целесообраз-
ным, особенно при напряжении двигателей 660 В, вместо
322
пУхобмоточных трансформаторов с растопленной вторич-
ной обмоткой 10,5/10,5 или 10,5 6,3 кВ установить трех-
)(,моточные трансформаторы с вторичными обмолами
37 и Ю,5 кВ |Л. 4-4].
При наличии резко переменных нагрузок (дуговые печи,
прокатка) для пуска и самозапуска мощных двигателей
мо । ет быть рекомендована схема со сдвоенными реактора-
ми (ри<‘- 9-9, *)•
При трансформаторах ()3 и 80 XIB-A отходящие линии
рекомендуется выполнять то ко проводами, которые допу-
скают повышенные значения токов к. з. По сравнению
с кабельными линиями реактирования токопроводов, как
правило, не требуется. Сам токопромод имеет высокую
устойчивость к токам к. я.; в то же время ел» индуктивное
сопротивление снижает токи к. з. на отдаленных участках.
Установка реакторов может потребоваться только на
ответвлениях к РП, находящихся па начальном уча»тко
токопровода.
Выбор мощно» тп трат форматоров ГГПГ производится
в зависимости от расчетной нагрузки, характера суточного
графика нагрузки и категорий потребителей. В аварийных
режимах при отключении одного трансформатора остан
шипся в работе должен’обеспечить необходимую мощность
с учетом допустимой перегрузки.
Важным моментом при проектировании I 1111 является
учет темпа прироста пагрузкп после достижения проектной
мощности, прп увеличении плотности нагрузки на площа-
ди, обслуживаемой ГНИ. Дальнейшее увеличение мощно-
сти 1 ПЦ может быть выполнено заменой трап» форматоров
на более мощные с переходом на следующую ступень по
мощности пли установкой третьего трансформатора той же
мощности и сооружением третьей ВЛ ПО кВ. В после и»ем
случае получается так называемая трехлучевая схема
в отличие от обычной щухлучевой схемы при двух тран-
сформаторах и двух ВЛ 110 кВ. Возможна также установка
третьего трансформатора при сохранении питания по
Двум ВЛ 110 кВ; эту схему назовем трехлучевой двухли-
И( иной. При двухлучсвой и трехлучсвой двухлинениой
схемах необходимо предусматривать запас в пропускной
способности ВЛ 110 кВ.
В строительной части при двух л ученой схеме необ-
ходимо предусматривать дополнительные места дли уста-
вов» и реакторов, увеличения числа секции I N 6—10 кВ
ц Др. При трехлучевой схеме предусматривается место для
11* 323
третьего трансформатора, новых секции РУ 6—10 кВ и
для третьей ВЛ 110 кВ. При кабельном варианте питания
трансформаторов ГПП мес^о для третьей ВЛ 110 кВ может
быть предусмотрено в туннеле.,
Прп сравнении вариантов двух- и трехлучевых схем
необходимо учитывать ущерб (см. § 10-9) от ограничения
нагрузки предприятия на время работы одного тран-
сформатора при замене другого. Ущерб зависит от
отрасли промышленности; в некоторых случаях он может
обусловить неприемлемость развития по двухлучевой
схеме.
Технпко-экопомическое сравнение двух- и трехлучевых
схем прп начальной мощности трансформаторов 25—40
МВ-А напряжением 110/6 кВ и 25—40—63—80 МВ-А
110 10 кВ с питанием по ВЛ 110 кВ показало, что трехлу-
чевая схема (если требуется дополнительная оплата отчуж-
даемой территории для третьей ВЛ 110 кВ) получается
дорогой и ее следует считать неприемлемой. Двухлучевая
схема имеет преимущество лишь при малых значениях
ущерба на время замены трансформаторов и при начальной
их мощности 25 МВ-А. При начальной мощности транс-
форматора 40 МВ-А и выше более эффективна трех-
лучевая схема. Последняя также имеет более высокую
степень надежности по сравнению с двухлучевой и
является предпочтительной при наличии потребителей
с повышенными требованиями к бесперебойностп и боль-
шими величинами ущерба при нарушении электроснаб-
жения.
Применение трехлучевых схем пмеет место в практике
зарубежных предприятий, в автомобильной, металлурги-
ческой и других отраслях промышленности.
Все сказанное относится к предприятиям с высокими
темпами прироста нагрузок после достижения проектной
мощности, например в машиностроении, где удвоение
нагрузок наблюдается за 10 лет. При более низких темпах
прироста нагрузок (например, в нефтеперерабатывающей
промышленности) мощность трансформаторов ГПП доста-
точно определять по проектной нагрузке без учета пер-
спектив роста. Если расширение предприятия сопровож-
дается сооружением новых корпусов и производств, то для
них сооружается новая ГПП, тем более при производствах
с непрерывным технологическим процессом.
324
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ
9 ’ электроснабжения промышленных
ПРЕДПРИЯТИИ
Прп проектировании схемы электроснабжения про-
мышленного предприятия необходимо учитывать задачи
комплексного электроснабжения от общего центра питания
Бсех потребителей данного района — других предприятий,
жплвшных массивов, электрифицированного тран-
спорта и сельского хозяйства. Задачи оптимизации вели-
чины напряжении сети, размещение линии электропереда-
чи и подстанций, выбор числа и мощности трансформато-
ров, определение оптимального уровня резервирования
и т. д. должны решаться в интересах всего народного хо-
зяйства.
Общая тенденция построения современных схем элек-
троснабжения мощных комбинатов — глубокий ввод нап-
ряжения источника питания к месту потребления — вы-
ражается в применении напряжений 35—110—154 кВ для
трансформаторов электропечей и преобразовательных
агрегатов; в применении напряжений 35—110 кВ для
отдаленных участков комбинатов, имеющих собственную
ТЭЦ; в распределении электроэнергии в пределах пром-
предприятип и внутри производственных корпусов при
напряжении 35 кВ; в расположении ТП и РП 6—10—35 кВ
в производственных корпусах.
Применение глубоких вводов дает значительную эко-
номию цветных металлов и потерь электроэнергии. Глу-
бокие вводы напряжений 110—220 до оОО кВ повышают
роль систем электроснабжения промпредприятий, как
важного элемента, входящего в энергетическую систему
' страны.
Принятая схема электроснабжения определяет на дол-
гое время возможности развития предприятия, и к состав-
лению ее необходимо подойти тщательно. Схемы распре-
деления эпергпп развивались в направлении упрощения
ранее применявшихся схем, без снижения надежности
электроснабжения. К таким упрощениям относятся —
отказ от крупных центральных распределительных пунктов
(ЦРП), через которые проходило питание всего пред-
приятия; отказ от двойной системы шпн, отказ от выклю-
чателей на стороне 110 кВ и др.
В большинстве случаев источником энергии промпред-
Приятия является энергосистема. Вопрос о сооружении
325
ТЭЦ решается в зависимости от баланса потребления тепла
(в виде пара или горячей воды) па технологические нужды
и отопление и получения отбросной энергии при тепловых
процессах (доменный газ и др.). В современных условиях
при сравнении с мощными и экономичными конденсацион-
ными тепловыми и гидростанциями сооружение ТЭЦ
становится рентабельным, начиная с мощностей 100—150
МВт и выше. Такие ТЭЦ получаются рентабельными для
крупных химических, нефтехимических, машинострои-
тельных, бумажно-целлюлозных и других комбинатов.
Па комбинатах черной металлургии с полным металлур-
гическим циклом ТЭЦ работает па доменном газе и мощ-
ность ее недостаточна для питания всего комбината,
где основная нагрузка создается прокатными цехами.
На нефтеперерабатывающих заводах ТЭЦ, наоборот, имеет
избыток электрической мощности, выдаваемый в энерго-
систему. Во всех случаях, кроме предприятий удаленных
районов, ТЭЦ связана с сетью энергосистемы при напря-
жении 110 кВ и выше. Для особо крупных нефтехимичес-
ких комбинатов сооружаются две ТЭЦ и более.
Наличие потребителей I категории приводит к необхо-
димости электроснабжения не менее чем от двух незави-
симых источников питания. К последним относятся раз-
ные секции, шин двух генераторов ТЭЦ или секции шин
двух трансформаторов подстанции энергосистемы, имею-
щей два источника питания. Две питающие линии должны
снабжаться устройством автоматического включения ре-
зерва при отключении одной линии. Для потребителей II
категории резервное питание может включаться вручную,
причем сооружение этого питания должно быть экономи-
чески обосновано.
Вследствие небольшой мощности потребителей, особенно
чувствительных даже к кратковременным перерывам
электроснабжения, экономичное решение может быть полу-
чено путем установки агрегатов резервного питания (АРП)
или так называемого третьего источника питания (см.
§ 10-5).
Важное требование, предъявляемое к схемам электро-
снабжения, состоит в гибкости при развитии и изменении
производства; схема должна допускать сооружение по
частям, для облегчения финансирования.
Для мелких промышленных предприятий, располо-
женных в городской черте и имеющих одну или несколько
маломощных ГП, последние включаются в кольцо город-
326
скоп сети. Дальнейший рост нагрузок может Покрываться
за счет смены трансформатора па более мощный и путем
сооружения новой ТП. Ячейка с разъединителями про-
ходного ввода в такой ТП обслуживается персоналом
городской кабельной сети, а остальная часть ТП — пер-
соналом предприятия.
Более крупное предприятие имеет отдельные питающие
линии от подстанции энергосистемы, обычно не менее
двух (рис. 9-10). Питание от системы подается на две
ТП2 ТПЗ
Рис. 9-10. Схема питания предприятия от энергоси-
стемы.
Z
секции РП, и от последнего питаются трансформаторы
Цеховых ТП по перекрестной схеме. Распределительный
пункт имеет две секции и секционный выключатель со
схемой АВР, нормально разомкнутый. В ТП шины вто-
ричного напряжения также имеют секционный автомат
с устройством АВР.
Для мощных комбинатов, имеющих ТЭЦ, при распре-
делении электроэнергии на генераторном напряжении
й 10 кВ отдельные РП питаются по радиальной схеме
Двумя линиями. При малой мощности этих РП они пита-
ются «в цепочку» кабельными линиями. При больших
327
Мощностях РП и прп радиальной схеме с кабелями прцд1е.
няется устройство трех или четырех секций с тремя или
четырьмя питающими линиями (рис. 9-11). ТрехсекциоцНое
Р11 создаст затруднения с распределением нагрузок и цр1ь
меняется, если необходимо выделить крупный электро-
приемник, например прокатный двигатель, на отдельную
секцию.
Трехсекционныи РП (трехлучевая схема) обладает
повышенной надежностью при нарушении электроснаб-
жения и рекомендуется для непрерывных производств
с повышенной кате гор ийностыо. При решении вопроса,
как при росте нагрузок увеличивать мощность РП по двух-
ил и трехлучевым схемам, решающую роль играет величина
Рис 9-11. Схемы питания РП.
а — трехсекционного; б — четырехсекционного.
ущерба при нарушениях электроснабжения, а также воз-
можность дополнительной прокладки питающих кабелей
по имеющейся эстакаде или по новым трассам с дополни-
тельными затратами на их сооружение.
Применявшееся ранее кольцевое резервирование нес-
кольких РП признано нерациональным, так как кольцо
обычно не несет нагрузки и получается неэкономичным,
а схема резервирования в эксплуатации встречает затруд-
нения.
При токопроводах 6-10-35 кВ более экономичными полу-
чаются магистральные схемы ц питанием РП отпайками от
токопроводов (рис. 9-12). Магистральная схема дает зна-
чительную экономию в ячейках РУ на источнике питания.
При литании РП от ГПП все описанные схемы сохра-
няются и питающие РП линии 6—10 кВ берутся с разных
секций ГПП.
Питание потребителей с резко переменной пагрузкоп
следует выделять в отдельные участки схемы, присоединяя
их возможно ближе к источнику питания в целях сниже-
ния колебаний напряжения. Прпведенные в § VI1-5-1 э
ПУЭ данные о допустимости присоединения без расчетов
328
. колебания напряжения трехфазпых сталеплавильных
лечеп мощностью 20% и однофазных 10% суммарной
мощности питающих станций или подстанции противоречат
; уП-5-16, по которым толчки тока эксплуатационных
к з. допускаются до 3—3,5-кратных. Следовательно, тол-
чок может достигать 3,5-20 = 70% мощности источника
питания, что вызовет недопустимые колебания напряже-
^я. Поэтому расчеты колебаний напряжения и выбор
мер борьбы с ними в установках дуговых электропечей
Рис. 9-12. Схема магистрального питания РП от токонро-
водов.
Должны производиться во всех случаях. Хорошие резуль-
таты по стабилизации напряжения дает применение сдвоен-
ных реакторов (см. п. 12-2).
Число ступеней питания в схемах электроснабжения
Должно быть не выше трех (ТЭЦ—РП—ТП или ГПП—РП—
Двигатель) в целях снижения уставок времени токовых
защит и потерь энергии. Не рекомендуется питать РП
с секции другого РП; оба РП следует питать в цепочку.
“ особо сложных случаях можно увеличить число ступе-
ней питания до четырех с устройством АПВ на выходе
тРансформатора ГПП.
При составлении общей схемы электроснабжения пред-
приятия рекомендуется изображать ее таким образом,
“Трбы поток энергии шел сверху вниз — вверху источники
329
питания, ниже РП и еще ниже — питающиеся от шин РЦ
электроприемпики напряжения выше 1 000 В, трансфор-
маторные и преобразовательные подстанции. На схеме
указываются все напряжения, сечения и длины воз ущ^
пых и кабельных линий с маркой их проводов, сечения
и длины токопроводов, мощности всех трансформаторов
преобразователей и крупных электроприемпиков.
В зависимости от сложности схемы и количества при-
соединений па схеме указывается или только основная
аппаратура первичной коммутации, или также приборы
измерения и защиты. В последнем случае приборы изме-
рения и защиты указываются на типовых присоединениях,
а на остальных дается надпись «аналогично линии №...»;
само присоединение указывается одной линией.
9-4. МАРКИ И КОНСТРУКЦИИ КАБЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ
6—110 КВ
Для распределения энергии внутри промпредприятий
при напряжении выше 1 000 В применяются кабели, токо-
мроводы и реже воздушные линии.
В системах электроснабжения промпредприятий приме-
няются кабели напряжением 6, 10, 20, 35 и НО кВ. Кабели
на напряжение 6—10 кВ с медной жилой марок СЬГ и
СБГВ применяются тольково взрывоопасных помещениях
классов В-1 и В-la. Во всех остальных помещениях и по
территории предприятий применяются кабели 6—10 кВ
с алюминиевой жилой. Изоляция выполняется бумажной
или пластмассовой. Последняя имеет пониженную терми-
ческую устойчивость. Бумажная изоляция пропитыва-
ется обычной массой для кабелей, прокладываемых с раз-
ностью уровней не более 15 м, и специальной нестекающей
массой — для вертикальных прокладок. В последнем
случае в марку кабеля добавляется буква Ц (церезин),
например ЦСБ1. Кроме того, для прокладки в наклонных
и вертикальных участках применяются кабели с обеднение
пропитанной бумажной изоляцией. В этом случае в марке
кабеля в конце добавляется буква В (вертикальный).
Для прокладки кабелей на наклонных и вертикальных
трассах при отсутствии значительных растягивающих
усилий наиболее подходящими марками будут:
АА (г) БВ — кабель 6 кВ с обеднение пропитанной
бумажной изоляцией в гофрированной алюминиевой ооо-
лочке, с ленточной броней, покрытой пряжей; ЦхАА (г)Б
330
кабель 6—10 кВ с бумажной изоляцией, пропитанной несте-
ка1ощей на основе церезина массой, в гофрированном алю-
миниевой оболочке, с ленточном броней, покрытой пряжей.
Кабели на напряжение 20 кВ изготовляются с бумаж-
ной пропитанной изоляцией, с отдельно освинцованными
алюминиевыми жилами, с броней из стальных лепт. Напри-
мер, кабель маркп АОСБГ с голой броней, АОСБ — с бро-
ней, покрытой пряжей.
Для напряжения 35 кВ применяются кабели с бумажной
пропитанной изоляцией, с отдельно освинцованными алю-
миниевыми жилами (буква О), покрытыми общей броней
в виде стальных лент илп проволок. Например, кабель
ДОСБГ — с голой броней илп АОСК — с круглыми про-
волоками, покрытый пряжей.
При напряжении НО кВ конструкции кабелей значи-
тельно усложняются, так как необходимо применять масля-
ную изоляцию под давлением, которое повышает электри-
ческую прочность изоляции, предотвращая ионизацию
в масляных пленках. Маслонаполненные однофазные
кабели представляют собой медную жилу сечением 150 мм2
и выше, внутри которой находится масло под давлением:
низким — до 1 кгс/см2 или средним — до 3 кгс/см2. Жила
покрывается бумажной изоляцией; полупроводящей бума-
гой, служащей экраном; свинцовой или алюминиевой
оболочкой и защитным покровом. Марка маслонаполненно-
го кабеля низкого давления со свинцовой оболочкой и
асфальтированным покрытием для подземной прокладки —
МНСА-110, среднего давления — МССА-110; с полихлор-
виниловой оболочкой — МССВ-110 и т. д. Для поддер-
жания давления в масле необходима установка специаль-
ных баков питания и давления по концам кабеля и по
трассе, где кабель разделяется на участки стопорными
муфтами.
В будущем применение усиленной алюминиевой гофри-
юванной оболочки позволит увеличить давление масла
до 6—8 кгс/см2 (кабель МСАВУ-110, который можно будет
прокладывать на значительной длине без стопорных муфт).
СИСТЕМЫ ПРОКЛАДКИ КАБЕЛЕЙ
Кабельная сеть, расположенпая в земле, является
элементом подземного хозяйства предприятия, которое
всегда бывает сложным п требует тщательной координа-
ции при проектировании и при эксплуатации. Перечень
331
различных подземных сооружений (водопровод, кащ и_
зация, газ, телефон и т. д.) для машиностроительных
заводов имеет около 20 наименовании, а для химических
150
Рис. 9-13. Прокладка кабе-
лей в траншее.
Рис. 9-14. Естественная вентиля-
ция пересечения трассы кабеля
с теплотрассой.
1 — труба; 2 — кабель.
нефтеперерабатывающих —
больше. Планировка пре (прия-
тии обычно выполняется в виде
отдельных кварталов, образуе-
мых пожарными проездами-
трассы кабелей й другие под-
земные и надземные коммуни-
кации могут проходить только
параллельно сторонам кварта-
ла, но пе под углом к ним. Это
следует учитывать в технико-
экономических расчетах, когда
сравниваются варианты трасс
кабельных линий.
Трассы кабельных сооружений должны быть тщательно
согласованы с другими коммуникациями, но всем пере-
сечениям должны быть составлены чертежи разрезов
с указанием глубин зало-
жения согласно ПУЭ.
Наиболее простой и
экономичный способ про-
кладки кабелей — в тран-
шее на глубине 0.7 м при
напряжении до 10 кВ и на
глубине 1 м до 35 кВ. Кабе-
ли (не более шести—вось-
ми) прокладывают в типо-
вых траншеях шириной по
дну 300—1 000 мм и в по-
стели из песка или про-
сеянной земли. При про-
кладке кабели должны
лежать «змейкой» (не в на-
тянутом виде), поскольку
они деформируются при
нагревании. Расстояние между кабелями принимается
150—300 мм (рис. 9-13). После засыпки слоем песка пли
земли укладывают кирпич пли железобетонные плиты для
механической защиты кабелей при раскопках. Прокладка
нового кабеля при пересечении его с действующим произ-
водится и иже действующего, при этом оба кабеля заЩИ-
332
даются в месте пересечения стальными пли асооцемепт-
Hbiisni трубами. Такая же защита предусматривается при
пересечении трассы кабеля других коммуникаций и проез-
жих частей территории предприятий — шоссе и железно-
дорожных путей.
Наиболее неблагоприятными получаются пересечения
с теплотрассами пара или горячей воды, так как в этих
местах возможны перегревы изоляции п выход кабелей
из строя. В этих случаях кабель по возможности удаляют
от теплотрассы и прокла-
дывают теплоизолирую-
щий слой (шлак и другие
материалы). В некоторых
случаях хорошее решение
дает устройство естествен-
ной вентиляции для от-
вода тепла по схеме рис.
9-14. Две будки с жалюзи
ири разной высоте создают
естественную тягу воздуха,
отводящего тепло от трубы.
Кабели защищаются при
выводе из траншей на стену
или опору па высоте 2 м
стальными трубами, про-
фильной сталью, гнутыми
стальными лентами и т. п.
Опыт эксплуатации по-
казал высокую коррозион-
ную повреждаемость кабе-
лей с алюминиевой обо-
лочкой при прокладке
в агрессивных условиях,
в частности в грунте нефтехимических предприятий, при
высоких грунтовых водах и т. и. В этих случаях реко-
мендуется применение кабелей со свинцовой оболочкой
и броней, покрытой нолихлорвипиловой оболочкой марки
АСБв; применение кабеля марки АЛБ, пе имеющего по-
лихлорвиниловой оболочки, в агрессивных условиях не
разрешается.
Маслонаполненные кабели 110 кВ прокладываются
в траншее на глубине не менее 1,5 м. Они располагаются
ио треугольнику вплотную один к другому (рис. 9-15).
При прокладке двух цепей в общей траншее они разде-
Рпс. 9-15. Прокладка маслена-
полпеиных кабелей 110 кВ в
трапшее.
1 — одножильные маслонаполненные
набели; 2 — железобетонная плита;
з, 4 — песок или просеянная земля;
5 — засыпка землей; 6 — контрольный
кабель; 7 — кирпич.
333
900
Рис. 9-16. Прокладка кабелей
в капало.
ляются железооетопными плитами и покрываются ими
же сверху.
Достоинства прокладки в траншее: 1) низкие капитало-
вложения; 2) высокое использование по пагреву, так как
допустимый ток прп прокладке в земле даже с учетом его
снижения па количество параллельно проложенных кабе-
лей больше, чем при других способах прокладки.
К недостаткам прокладки в траншее следует отпестп:
1) ограниченное количество кабелей (до 6—8 шт.); при
большем'числе кабелей необходимо сооружать несколько
траншей с промежуточной зоной 1,2 м, что требует боль-
шой территории под ка-
бельные трассы; 2) непри-
годность при высокой аг-
рессивности почвы, если
возможно попадание агрес-
сивных жидкостей или го-
рячего металла; 3) необ-
ходимость одновременной
прокладки всех кабелей в
одной траншее; 4) неудоб-
ство раскопки поврежден-
ного кабеля, особенно в
зимнее время; при раскоп-
ке необходимы мероприя-
тия по предотвращению
повреждения находящих-
ся в траншее под напря-
жением кабелей в целях
безопасности.
При числе кабелей по трассе до 20—50 применяются
кабельные каналы типовой конструкции (рис. 9-16). На
стенках капалов устанавливаются кабельные конструк-
ции, часть кабелей укладывается на пол; сверху каналы
закрываются железобетонными плитами. В каналах про-
кладываются кабели марки ААШв с поливинилхлоридной
оболочкой, не поддерживающей горение. Прокладка обыч-
ных бронированных кабелей, например марки ААБ1,
не рекомендуется из-за опасности пожара.
Трассы каналов выполняются прямолинейными, и все
повороты и разветвления осуществляются в специальных
уширениях, чтобы выдержать необходимый радиус изгиоа
кабеля, нормируемый ПУЗ в пределах 10—25-кратного
по отношению к наружному диаметру кабеля.
334
К достоинствам прокладки в кабельных каналах отно-
сятся: 1) экономия места па территории; 2) возможность
прокладки кабеля в любое время года; 3) постепенное раз-
витие сети; 4) легкий ремонт кабелей при пх доступности.
J3 то же время она имеет недостатки: 1) удорожание строи-
тельной части; 2) снижение допустимых нагрузок кабелей,
прокладываемых в воздухе; 3) при опасности попадания
жидкого металла, агрессивных кислот или щелочей, а
также при наличии взрывоопасных газов тяжелее воз-
духа прокладка в каналах пе допускается.
При необходимости защиты кабелей от блуждающих
токов, повышенной механической защиты (трасса под
складами) от попадания пролитого жидкого металла (дво-
ры металлургических комбинатов) или от агрессивных
жидкостей применяется прокладка кабелей в блоках.
Блоки выполняются из железобетонных панелей на два
или три отверстия, асбоцементных или керамических труб,
а также из полиэтиленовых или винипластовых труб. Из
панелей пли из труб собирается блок на число отверстии
до 16—30 (рис. 9-17). При большем числе кабелей соору-
жаются два блока.
В блоках прокладываются кабели с утолщенной голой
свинцовой оболочкой (СГТ или АСГТ); прокладка голых
бронированных кабелей допускается на коротких участ-
ках (до 50 м) во избежание коррозии брони. При затягива-
нии кабелей в блоки тросом, предварительно протянутым
с помощью составной штанги из газовых труб, поверхность .
кабелей смазывается тавотом. Блоки прокладываются
по прямой линии, все повороты и ответвления выполняются
в специальных колодцах, в которых монтируются и сое-
динительные муфты.
Допустимая нагрузка кабеля в блоках определяется
произведением пяти параметров, значения которых при-
ведены в ПУЭ.
I — abcdlo,
где а, Ъу с, d — коэффициенты, зависящие соответствеппо
от сечепия кабелей (1 при 95 мм2) л номера капала, на-
пряжения (1 при 10 кВ); отношения среднесуточной на-
грузки кабеля 5срс к поминальной 5И, расстояния между
Двумя блоками одинаковой конфигурации; Zo — допусти-
мый ток для трехжильного кабеля сечением 3 х 95 мм2
с медной или алюминиевой жилой, зависящий от номера
канала блока.
335
Допустимый ток соответствует различным условиям
отвода тепла кабеля. Наиболее благоприятные условия
в блоке получаются для угловых каналов, и, наоборот
хуже всего охлаждаются кабели, расположенные но вну/
решшх каналах. Рекомендуется наиболее загруженные
кабели прокладывать во внешних каналах, а во внутр» 1Ь
них каналах — контрольные илп осветительные кабели.
Например, допустимый ток для сечения 3 х 95 мм2
кабеля АС ГТ снижается с 117 Л в одиночном блоке до 62 \
во внутреннем канале мпогоотверс тпого блока.
Достоинства блочной прокладки заключаются в высо-
кой механической защите и предотвращении попадания
на кабель жидкого металла илп агрессивных жидкостей,
а также в постепенном развитии сети и возможности про-
кладки кабеля в любое время года. В то же время блочная
прокладка имеет существенные недостатки: 1) высокая
стоимость строительной части, сооружаемой с запасными
отверстиями для расширения; 2) необходимость размеще-
Рис. 9-17. Примеры выполнения блоком.
о — пл железобетонных панелей для сухих
грунтов; б — из керамических труб для агрес-
сивных И ПЛ<'Ы1ЦСП1!ЫХ водой грунтов, в — ИЗ
•сбоцементных труб; г — из нолнзгилсионых
илп вини пластовых труб.
331)
цпя соединительных муфт только и колодцах; 3) значптсль-
т» снижение токовой пагрузкп кабелей вследствие ухуд-
1П(‘НИЯ охлаждения кабелей; 4) возможность попадания
грунтовых и ливневых вод в колодцы, что требует хоро-
шей гидроизоляции и герметизации.
337
Прп значительных количествах кабелей на выходах
с ТЭЦ, мощных ЦШ и т. д. (до 60—90 кабелей в потоке)
применяется прокладка в туннелях шириной 1 500 или
1 800 мм и высотой 2 100 мм, что обеспечивает свободный
проход для персонала (рис. 9-18) или в полупроходных
туннелях высотой 1 500 мм. Конструкция туннеля типовая
из сборного железобетона; кабели укладываются па кон-
струкциях по стенкам туннеля.
Особое внимание должно быть уделено предотвраще-
нию пожаров, так как па практике были случаи одновре-
Рис. 9-18. Прокладка кабелей в тун-
неле.
менного выхода из строя десятков кабелей, что приводило
к значительным ущербам. Основная причина пожаров —
короткие замыкания в соединительных муфтах, сопрово-
ждающиеся взрывом и дугой, зажигающие хорошо горя-
щую бумажно-масляную изоляцию кабелей марок АСБГ
и ААБГ. Мерами предотвращения пожаров в кабельных
туннелях являются: 1) применение кабелей марки ААШв
в полихлорвиниловоп оболочке; 2) защита муфт стальной
трубой; 3) устройство отсеков с огнестойкпмп дверями,
длиной не более 200 м; 4) установка пожарной сигнализа-
ции; 5) прокладка асбоцементных или шиферных плит
на конструкциях под кабелями для предотвращения пере-
338
броса огня с одном полки на другую; G) устройство засло-
нок для прекращения вентиляции при пожаре.
Достоинствами туннельной прокладки являются:
й) экономия территории при больших потоках кабелей;
2) возможность прокладки кабелей по очередям и в любое
время года и 3) легким ремонт независимо от погоды и
времени года. Недостатки туппельпой прокладки связаны
с: 1) высоком стоимостью строительной части; 2) возмож-
ностью крупных аварий при пожарах кабелей; 3) сниже-
нием пропускной способности кабелей при прокладке
в воздухе; 4) необходимостью мощной вентиляции, так
как температура воздуха при отсутствии вентиляции до-
стигает недопустимой величины (свыше 50 С) и 5) необ-
ходимостью устройства дренажа для отвода попадающей
в туннель воды.
Наиболее современным и совершенным способом про-
кладки большого потока кабелей по трассе в последние
годы стало применение кабельных эстакад, по которым
кабелп прокладываются на открытом воздухе, по под наве-
сом для защиты от солнечной радиации, вызывающей ста-
рение кабелей. Сооружение эстакады, поднятой над терри-
торией, частично освобождает последнюю для других под-
земных сооружений и обходится значительно дешевле
туннелей. Эстакады сооружаются специально для кабелей
или выполняются совмещенными с технологическими ком-
муникациями, а в некоторых случаях используют стены
корпусов. Они имеют преимущество перед прокладкой
в земле в химических, нефтехимических и других пред-
приятиях, где почва пропитывается агрессивными жидко-
стями. Высота эстакады над уровнем земли зависит от
необходимых габаритов при пересечении дорог, железно-
дорожных путей и т. д., и может иметь разную величину
по трассе с подъемами на пересечениях дорог. По эстака-
дам, так же как в кабельных каналах и туннелях, прокла-
дываются кабелп марки ААШв с полихлорвиниловой обо-
лочкой, не поддерживающей горение. Количество прокла-
дываемых кабелей может быть такое же, как и в туннелях
(проходные эстакады), или менее (эстакады, обслуживае-
мые с передвижных вышек пли лестниц (рис. 9-19).
Достоинства прокладки по эстакадам: 1) экономия ме-
ста под землей для размещения других подземных комму-
никаций; 2) удешевление строительной части почти в 2 раза
Но сравнению с туннельной прокладкой; 3) возможность
прокладки кабелей по очередям; 4) легкий ремонт при
339
проходных эстакадах. Недостатки эстакадной прокладцц
кабелей состоят н: I) сни/кешш прол ус иной способности
кабелей при прокладке в воздухе; 2) сложности монтажа
при непроходных эстакадах.
Прокладка кабелей по эстакадам является наиболее
прогрессивной и широко применяется на новых предприя-
тиях. При большом количестве кабели ПО кВ по террито-
рии предприятий прокладываются в туннеле ио одной и
двум фазам на полках ио вершинам треугольника. |[а,
пример, на ВАЗ в г. Тольятти в кабельном туннеле про-
ложено 18 фаз шести липин (рис. 9-20). Вдоль трассы соору-
жаются камеры для соединительных и стопорных муфт.
В камерах устанавливаются также баки давления для
подпитки мае л о па нол не иных кабелей.
340
Рис. 9 19. Прокладки кабелей по кабельным эстакадам.
“ ~ ,’*,,0,и*пн.1н цстикпда: б, в — двухцепные астаклды, г —проход*
нал истакида.
341
Если обычные кабельные туннели требуют хорошей
вентиляции и не нуждаются в подогреве в зимнее время
то туннели маслонаполненных кабелей напряжением
110 кВ необходимо подогревать, не допуская снижения
температуры воздуха в них ниже —5 С.
Внутри производственных помещений при подводке
пптапия к отдельным токоприемникам кабели G—10 кВ
прокладываются в трубах. При прокладке более значи-
тельного количества кабелей применяются кабельные
каналы и туннели. Кабельные конструкции могут быть
Рис. 9-20. Прокладка кабелей 110 кВ в туннеле (ВАЗ
в г. Тольятти).
укреплены па степах здапий и сооружений, по при этом
должна быть исключена возможность механических по-
вреждений. РекОхМендуемый тип кабеля для внутренней
прокладки марки АЛШв при большом количестве кабелей.
Для отдельных линий и прп прокладке в трубах могут
применяться кабели марки ААБГ и др.
Для питания передвижных элсктроприемников прп
напряжении 6 кВ применяются гибкие кабели с медными
жилами, с резиновой изоляцией в резиновой оболочке.
Кабель марки КШВГ с четвертой заземляющей жилой при-
меняется для питания экскаваторов п марки КШВГД
без заземляющей жилы — для питания драг. В подзем-
ных выработках для питания передвижных трансформатор-
342
льтх подстапций применяется кабель марки KillIIII с тремя
основными, одной заземляющей и двумя вспомогатель-
ными медными жилами.
д.6. ТОКОПРОВОДЫ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 000 В
Первый в СССР токонровод G кВ был сооружен на Куз-
нецком металлургическом заводе в 1933 г. и располагался
в подземном туннеле длиной более 1 км, по двум сторонам
которого на стальных конструкциях с опорными изоля-
торами проложены две нитки токопровода, каждая из
четырех алюминиевых шин сечением 100 х 10 мм. Токо-
провод питал ряд подстанций отпайками из кабелей и
показал высокую надежность в работе. Однако он был вы-
полнен без надлежащего учета поверхностного эффекта и
эффекта близости. Для устранения искажения напряжений
и эффекта переноса мощности применялась транспозиция
фаз. Величина коэффициента добавочных потерь за счет
нерационального расположения прямоугольных шин в па-
кете и больших потерь в стальных конструкциях (между
фазами, расположенными вертикально, расстояние было
700 мм) достигала = 3. Потери мощности достигали
500 кВт/км при передаваемой мощности 500 МВ-А и токе
4 700 А.
Еще в довоенные годы токопроводы начали применять
для передачи электроэнергии па предприятиях цветной
металлургии, в частности на обогатительных фабриках
1Л. 8-1].
Вначале фазы токопровода 6 кВ располагались верти-
кально. В дальнейшем были разработаны более рацио-
нальные конструкции токопроводов напряжением 6—10—
35 кВ. В этих конструкциях фазы расположены по вер-
шинам треугольника, что устраняет эффект переноса мощ-
ности и искажение напряжений фаз.
Существуют два основных типа магистральных токо-
проводов напряжением выше 1 000 В: жесткие с токоведу-
Щей частью в виде шип рационального профиля дубль-Т
и гибкие — из нескольких голых проводов большого се-
чения на фазу, расположенных по окружности [Л. 9-11.
Токопроводы с жесткими шинами (рпс. 9-21) с крепле-
нием шин на опорных изоляторах для внутренней уста-
новки тппа ОМ Д-10 илп ОМЕ-20 рассчитаны на ударный
Ток G0—200 кА. Для наружной установки при нормаль-
ной среде применяются изоляторы типа ПШД-10 и при
343
загрязненной ШЛД-35. Сечения шин применяются от 2
(100 х 45 х 6) до 2 (175 х 80 X 8) и допускают но 11а“
грену токи соответственно 3 5и0 и 6 430 А. Такне токи до.
пускаются только в аварийных режимах: в нормальных
условиях токопровода в целях снижения потерь энергии
работают при экономической плотности тока 0,5—0,(5 А мм2.
Коэффициент добавочных потерь составляет 1,5—1 7.
Симметричные жесткие токопроводы прокладываются
в туннелях, на эстакадах, на опорах и по стенам здании
(рис. 9-22). Эстакады могут быть совмещены с технологи-
ческими, по при этом осложняется жсплуатация.
а — пнутрсннса установки; б — на]>у>кн<>Й
установки.
Гибкие токопроводы из проводов бо и>нш\ сечении
впервые были применены па электростанциях для связен
между генераторами и трансформаторами вместо кабель-
ных перемычек и хороню себя зарекомендовали.
Гибкие токопроводы для промышленного электроснаб-
жения состоят из шести и восьми проводов А-600. Провода
расположены по кругу на конструкциях, подвешенных
па подвесных изоляторах. Исследования первых токо-
ироводоп течением 6 X (А-600) на фазу с А'д = 1J7 и
А = 0,19 Ом км показали, что вследствие эффекта близо-
сти пагрев ближе расположеиных к другим фазам проводов
получается выше (рис. 9-23) и распре деление токов по
проводам несимметрично. При выполнении токопровода
344
питым» чтобы получить внутрифазовую транспозицию
проводов, токи по проводам распределяются равномерно,
и коэффициет добавочных потерь снижается до 1,025
(рис. 9-24).
Па практике применяются жесткие и гибкие токопро-
воды. Достоинства жестких токонроводов — в меньших
габаритах по сравнению с гибкими. Их недостаток —
мепыпая надежность опорных изоляторов, особенно в на-
ружных установках. При резких изменениях температуры
происходит поломка изоляторов вследствие-деформации
шип, в то время как в гибких токопроводах подвесная
арматура пе подвержена таким нагрузкам. Имеются опыт-
ные конструкции жестких токонроводов, собранных па
подвесных изоляторах, в частности с трубчатым сечением
проводника. Однако распределение тока по сечению жест-
ких токонроводов даже трубчатого сечения будет не таким
равномерным, как при гибком токонроводс с впутрифазо-
вой транспозицией. Последний имеет еще преимущество
в низком реактивном сопротивлении: 0,121 Ом км по
сравнению с 0,146—0,178 Ом/км для жестких токонрово-
дов наружном установки.
Открыто проложенные токопроводы должны снаб-
жаться падежной молпиезащитои, особенно при выдаче
мощности генераторов. Такая защита выполняется от-
дельное то я щи ми молниеотводами и разрядниками на от-
пайках в 141 и на питающем конце токопровода.
Область применения жестких и гибких токонроводов —
электроснабжение ио магистральным схемам при токах
нагрузки выше 1,5—2 кА; они дают экономию па распреде-
ли тельном устройстве источника питания за счет сокраще-
ния числа ячеек, требующихся при радиальной схеме
с кабелями. Низкая плотность тока дает снижение потерь
электроэнергии. По капитальным затратам токопроводы
при токах выше 2 кА дают лкономию на изоляции кабеля
в его оболочках; затраты получаются ниже, чем при боль-
ших потоках кабелей. Опп имеют более высокую надеж-
ность, так как отсутствуют кабельные муфты, являющиеся
< «абым местом кабельных сетей.
К недостаткам магистральных токонроводов сле-
дует отнести высокое индуктивное сопротивление, ко-
торое вызывает значительные отклонения и колебания
напряжения при длинных линиях. Вместе с тем повы-
шенное индуктивное сопротивление дает снижение
токов к. з.
31.J
Рис. 9-22. Монтаж жестких токопршюдов.
а — в тоннеле; б — на «ста кеде: • — не железобетонных
опорах; г — по стенам зданий.
В установках мощных генераторов и трансформаторов
на э кктростанциях и подстанциях применяются комплект-
ные однофазные экранированные токонроводы типа КЭТ
на токц 9—23 кА (рис. 9-25).
Тикипровод состоит из токоведущей шины в виде трубы
и и двух швеллеров, установленных на изоляторах внутри
алюминиевого кожуха. Основная задача таких токовро-
водоп — предотвращать междуфазные к. з., при которых
в мощных генераторах повреждаются обмотки. При по-
347
фжпю экранированных токопроводах междуфазнос кв а
возможно лишь при двойном замыкании на землю, что
практически мало вероятно. За счет потерь энергии от
индуцированных токов в кожухах и вблизи расположе11_
пых металлических частой Ад доходит до двух, причем
наибольшие* потери Получаются в кожухе средней фазы.
При сквозном к. з. шина н кожух отталкиваются друг от
друга, благодаря чему изоляторы разгружаются от меха-
нической нагрузки.
Рпс. 9-23. График температур проеюдеш
гибкого токопровода G (A-G00) на фазу.
В промышленных установках комплектные' экраниро-
ванные токопроводы приме пяюгся па выводах мощных
трансформаторов до распре,ieштильного устройства 6—
10 кВ и в преобразовательных подстанциях на участке
между регулировочным трансформатором и главным транс-
форматором выпрямителя. Последнее имеет целью пре-
дотвратить междуфазпые к. з. для динамически пеустои-
чивого автотрансформатора.
Токопроводы КЭТ на токи до 10 кА имеют естественное
охлаждение, а при более высоких токах — принудитель-
ное воздушное. Они маркируются по назначению, напри"
мер КЭТ 300/20 — для генератора 300 МВт, напряжение'
20 кВ, ток 12 кА, прп напряжении генератора 17,5 кВ,
выпускаются заводом «Электрощит».
348
Рис. 9-24. Малогабаритный гибкий токопровод 6—10 кВ с вн^трпфазовой транспозицией.
Рис. 9-25. Три фазы комплектного экранированного токо-
нровода КЭТ-200/20 для генератора 200 МВт, 9 кА, 20 кВ
Рис. 9-26. Комплектный симметричный токопровод КСТ.
а — общий вид; б — вывод от трансформатора в ЗРУ 10 кВ 1 — секция под-
хода к трансформатору; 2 — нормальная секция длиной 1 500 мм; -3 — ввод-
ная секция с проходными изоляторами; 4 — подгоночная секция.
350
Необходимость применения более компактных токо-
проводов с индустриальным монтажом привела к разра-
ботке комплектных симметричных трехфазных токопро-
водов типа КСТ (рис. 9-26), в которых фазы расположены
по вершинам треугольника на опорных изоляторах в об-
щем кожухе. Запорожский электроаппаратпый завода
выпускает такие токопроводы на 1 600 и 2 500 А с индук-
тивным сопротивлением X == 0,08 Ом/км, т. е. как у ка-
белей. Токопроводы выпускаются в виде различных сек-
ций — прямых, угловых и т. д., позволяющих преодоле-
вать сложные трассы.
Основной недостаток комплектных трехфазных токопро-
водов КСТ — высокая стоимость. Стремление удешевить
канализацию больших то-
ков при напряжении выше
1 000 В с помощью спе-
циальных кабелей привело
к разработке нового типа
кабеля марки АсВАВ, на
6 и 10 кВ на большие токи.
Кабель имеет четыре сек-
торные алюминиевые жилы
Рис. 9-27. Схема кабельного токо-
провода (США).
1 —прямая секция, собранная па за-
воде; 2 — открытая часть кабелей на
повороте трассы; 3 — кожух, устанав-
ливаемый на месте монтажа.
м экран, нагрузка одпоп
фазы до 1 400 А. Три ка-
беля раскладывают по тре-
угольнику по конструк-
циям, образуя трехфазный
токопровод. Кабель полу-
чается в 6—8 раз дешевле трехфазпого комплектного
токопровода, однако монтаж его сложен пз-за большого
радиуса изгиба.
В США идея использования кабелей на большие токи
привела к системе cable-duct (кабельный токопровод).
В этой системе однофазные кабели на напряжение выше
1 000 В укладываются по треугольнику в прямые секции
с интервалом для изгибов. Такая заготовка складывается
в несколько раз и транспортируется па место монтажа
(рис. 9-27). Интервалы менаду секциями позволяют вы-
полнять повороты по трассе. После прокладки токопровода
все интервалы на прямых и угловых участках закрываются
стандартными кожухами. Подобные системы разрабаты-
ваются и в СССР, однако применение их пока ограничи-
вается токами до 1 600—2 500 кА.
351
9-7. РАСЧЕТ CETI П НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 (НИ) В
НО РАБОЧИМ И АВАРИЙНЫМ РЕЖИМАМ
Двойные линии, как правило, находится н работе, что
целесообразно с ючки зрения уменьшении потерь в сети
и в отношении надежности сети, так что нагрузка каждой
Линии в нормальном режиме уменьшается в 2 раза. Д.)я
рабочего режима сечение выбирается но экономической
плотности тока при половинной нагрузке.
При выходе из строя одной кабельной линии остав-
шаяся липин песет Полную нагружу и юл ж па быть рас-
считана по допустимому нагреву с учетом допустимой
перегрузки. Согласно ПУЭ при нормальной нагрузке 8U"0
допустимого тока на время ликвидации аварии кабели
допускают перегрузку до 130% в течение до 6 ч в сутки
и в продолжение не более пяти суток. Кроме» того, кабель-
ные. сети и токопроводы должны проверяться на термиче-
скую устойчивость при токах к. з., а токопроводы — па
динамическую устойчивость. Из трех полученных по рас-
четам сечений — по экономической плотности тока J „
нагреву и устойчивости току к. з. — принимается наи-
большее, как удовлетворяющее всем условиям.
Расчетным током для питания цеховых трансформато-
ров, преобразователей, двигателей и трансформаторов
электропечей является их номинальный ток, независимо
от фактической загрузки, ио принципу равпопрочпости.
Для РП расчетный ток определяется, как указано в гл. 5.
Pacoei удобнее вести ио табл. 9-1.
Таблица У-1
От —до Плгрузка, < C’lCIIIIC, ММ* Прпмгчй* НПО
рабочая аварий- ная 1»"% по нпгрг- ну по то- ку К. 3. принято
ТЭЦ—|»П1 РН1-ТПЛ 1Ю0 58 I 2оО 3(3 X 185) 1 (3 х 5'0 * (3 X 240) 1 (3 X 35) ЫХ ПС») (<Х7О) 4 (3 X 240) (3 X 70) 40% пер'- грузки
••• • • • • • • • • •
Практика расчетов показывает, что для питания РП
при больших нагрузках решающее значение имеют ава-
рийный режим и расчет но нагреву. Для мелких йотре-
битслей сечение может быть задано экономической плот-
ностью тока или термической устойчивостью токам к. з.
Динамическая устойчивость токонроводов зависит от
типа изоляторов и расстояния между ними вдоль токо-
провода. Расчет по потере напряжения особенно важен
при протяженных токопроводах и производится по фор-
му. !«•
= P3ZML(/?COSf|4-Х 4in < ) | QQrt, .
Данные /? н X приводятся
деляются расчетом.
в справочниках или мпре-
9-8. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА
ОТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ
ПО 13ГМ ИЫХ СООРУЖЕНИИ
КОРРОЗИИ
Коррозией металлов называется разрушение пх по
верх пости под влиянием химического или элоктрохнмиче
ского воздействия окружающей среды. Металлические
сооружения в земле подвергаются почвенной коррозии,
вызываемой электрохимическим воздействием грунт», и
э.юктроэрозни под действием блуждающих токов. Хими-
ческое воздействие возникает при
попадании в грунт агрессивных
жидкостей с кислотами или щело-
чами. , --Д
Схема процесса почвенной кор- (j / +
розни представлена на рис. 9-28. — ^4-— — ~ — ~
Как известно, каждый металл об-
ладает нормальным электродным
потенциалом, и прп соединении
двух разных металлов создается
гальваническая пара с разностью
потенциалов, вызывающей алек-
Рис. 9-28, Схема поч-
венной коррозии
1 — стальная трубя — ка-
тод, Я — вкрапление шла-
ка — анод.
трический ток.
Для измерения электродных потенциалов применяются
неполярнзующпеся электроды сравнения: водородный,
медноеульфатпыи илп свинцовый. В технике электрической
защиты преимуществеппо пользуются модное ул ьфатным
электродом сравнения. Во отношению к нему металлы
имеют потенциалы: сталь —0,76 В, свинец —0,45 В и
алюминий —1,99 В. Алюминиевая оболочка и стальная
броня кабеля ААГ> образуют гальваническую пару,
что приводит к его повреждению во влажных грунтах.
12 Мукосеев Ю, Л,
353
Если в земле лежит стальная труба, то ср чистая по-
верхность имеет отрицательный потенциал — 0.7G В
При попадании в верхний слой металла постороннего
вещества (шлак п др.) образуется элемент с более высоким
потенциалом. В результате возникает гальваническая
пара с разностью потенциалов; прп влажной почве, являю-
щейся электролитом, появится ток, идущий от высшего
потенциала (апод) к низшему (катод). Анодом будет слу-
жить место примеси, а катодом — вся чистая поверхность
металла. Выход тока из металла через электролит по за-
кону Фарадея сопровождается переносом в электролит
(разрушением) металла. При электрохимическом экви-
валенте железа 1,04 г/А -ч за год при токе 1 А будет поте-
ряно 1,04«8 760 9110,2 г, или 9,1 кг железа.
Блуждающие токи создаются при работе электриче-
ского рельсового транспорта (трамвай, электрическая
жслезпая дорога, метрополитен), когда повышенное со-
противление рельсов па стыках вызывает ответвление по-
стоянного тока в соседние металлические предметы с вы-
сокой проводимостью. Блуждающие токи могут достигать
величины десятков и сотен ампер с ответвлением па сотни
метров и вызывать опасные разрушения. Действительно,
в местах выхода блуждающих токов (анод), возвращаю-
щихся к источнику питания, имеет место интенсивное
разрушение металла, приводящее к авариям с кабелями,
пожарам и взрывам нефте-и газопроводов и т. п. В нром-
предприятиях блуждающие токи возникают в установ-
ках электролиза за счет утечки токов через изоляцию
ванн.
Кроме описанных видов коррозии, в странах с тропи-
ческим климатом существует вызываемая микробами био-
коррозия, которая требует специальной защиты ядохими-
катами (для изделий в тропическом исполнении).
Для защиты от почвенной коррозии и электрокоррозпп
применяются следующие мероприятия.
Защитные покрытия. Для металлических трубопро-
водов — противокоррозионная изоляция — битумные по-
крытия, полимерные покрытия (липкие пленки, полиэ-
тилено-песчаная изоляция); покрытие эмалью этиноль;
цементные и цементпо-битумпые покрытия; для силовых
кабелей — поливинилхлоридные оболочки.
Электрическая защита. Принцип электрической защиты
состоит в том, чтобы исключить выход тока цз защищае-
мого сооружения в электролит-почву и дать ему выход че-
354
рез металлический проводник, что не сопровождается
разрушением металла. Существуют следующие виды
электрической защиты;
а) катодная поляризация катодной защитой;
б) катодная поляризация протекторной защитой анод-
ными электродами;
в) электрический дренаж блуждающих токов.
На рис. 9-29 изображена принципиальная схема катод-
ной защиты проложенного в земле трубопровода. Уста-
навливаемая па земле катодная станция 1 (источник по-
стоянного тока) соединяется отрицательным полюсом
(катодом) с защищаемым трубопроводом 2 металлическим
проводником и положительным со специально уложенным
в земле металлическим электродом
апо дом 3 (старые рельсы и т. и.).
Под действием напряжения ка-
тодной станции постоянный ток
проходит через анод — почву —
трубопровод и возвращается но
проводнику на катодную станцию.
Прп этом анод разрушается, а
трубопровод сохраняется. Для
преодоления собственного потен-
циала стали — 0.76 В необходимая
минимальная величина защитного
потенциала составляет — 0,87 В
(для евпнца — 0,52 В и алюми-
Рвс. 9-29. Принципиаль-
ная схема катодной за-
щиты.
ния — 1,0 В). Величина максимального защитного потен-
циала во избежание отслоения защитного покрытия не
должна превышать для стали с противокоррозионным
покрытием — 1,22 В и с частично-поврежденным покры-
тием — 1,52 В.
При наложении потенциала катодными станциями на
трубопровод распределение его вдоль последнего происхо-
дит по кривым (рис. 9-30), выраженным следующими
уравнениями.
На крайнем участке потенциал Ух на расстоянии х
от точки приложения максимального потенциала Вд
Vx = VAe-™,
где а = У rg; г — сопротивление тела трубы, Ом км;
ъ — проводимость изоляции. 10'8/'(км Ом).
На участках между катодными станциями величины
потенциалов возрастают вследствие взаимного экрапиро-
12* 355
вапия. Величина потенциала на расстоянии х от точки при-
ложения максимального потенциала VA
Vx = VA ch (a, x) = VA (cax + e~ax).
и длины участков снижения потенциала до минимального
по условиям защиты уровня Vm между КС получаются
большими, чем крайние: Z2 > /1#
Рис. 9-30. Зоны защитных потенциалов катодных
станций.
Рис. 9-31. Протекторная за-
щита анодными электродами.
Катодные станции выпускаются в виде комплектных
шкафов с трансформаторами и полупроводниковыми вы-
прямителями на напряжения постоянного тока 3—60 В
и токи 6—120 Л при напря-
жении питания 220 В пере-
менного тока.
Расчет числа и параметров
катодных станции состоит
из расчета сопротивлснн и
всех элементов сети постоян-
ного тока, для чего предва-
рительно проводят изыска-
ния по замеру удельного со-
противления грунта р через
100 м, проводимости защит-
ного покрытия g и г. д.
Протектором (гальваническим анодом) называется ме-
таллический электрод, забиваемый в землю вблизи защи-
щаемого сооружения с потенциалом ниже, чем у послед-
него (рис. 9-31). Протектор 1 соединяется через контакт-
ную коробку 2 с защищаемым трубопроводом 3 проводом,
по которому ток под влиянием разности потенциалов про-
356 .
ходит от трубы к протектору 1 и возвращается через
почву. Протекторы выполняются из магниевых сплавов
с потенциалом около — 1,55 В; они располагаются не да-
лее 4,5 м от трубопровода, создавая защитную зону в за-
висимости от местных условий 1—70 м.
Для снижения переходного сопротивления грунта при-
меняются специальные активаторы 4. Срок службы про-
тектора (разрушающегося анода) 8—10 лет.
Для защиты от блуждающих токов применяется элект-
рический дренаж, т. е. организованный выход блуждаю-
Рис. 9-32. Схема электрического дренажа.
1 — рельс; 2 — предохранитель; з — пгунт для амперметра, 4 — диод;
5 — сопротивление; 6 — выпрямитель; 7'-^«трубопровод.
щего тока из подземного сооружения через проводник
обратно в рельс. Применяются три вида электродренажа:
прямой, поляризованный и усиленный (рис. 9-32).
Прямой дренаж (рис. 9-32, в) может применяться толь-
ко на участках с постоянным направлением блуждающих
токов, так как иначе он будет усиливать коррозию. По-
ляризованный содержит диод, пропускающий ток в одном
направлении (рис. 9-32, 6). Усиленный дренаж содержит
дополнительный источник постоянного напряжения
(рис. 9-32, в) для повышения эффективности работы.
В зонах малой интенсивности знакопеременных блу-
ждающих токов применяется защита протекторами с уста-
новкой в цепи между ними и трубопроводом диодов, про-
пускающих ток только от трубы к протектору.
357
9-9. КОНСТРУКЦИИ И КОМПОНОВКИ РП и гпп.
КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА КРУ, КРУ и и ксо
Па действующих предприятиях, введенных в эксплуа-
тацию в первые пятилетки, можно встретить устаревшие
конструкции РП с бетонными ячейками для масляных
выключателей с двойной системой шин, со сложной фор-
мой строительной части. Эти РП монтировались на месте
с большими сроками монтажа.
Современные конструкции РП и ГПП предусматривают
максимальную индустриализацию монтажа, т. е. изготов-
ление крупноблочных элементов, доставляемых на место
в собранном и налаженном виде, где они соединяются
в общее РУ внешними перемычками. Кроме того, практика
показала возможность отказа от двойной системы шин и
надежной работы при одной секционированной системе
шип, что получило широкое распространение в электро-
установках промпредприятий.
Первым этапом применения крупноблочных элементов
РУ было использование стационарных односторонних
камер КСО, изготовлявшихся монтажными организациями.
Они позволили значительно упростить и’сократить объем
строительной части подстанции и ускорить монтаж па
месте. В эксплуатации они показали себя надежными и
удобными, обеспечивая безопасный доступ к выключа-
телю без снятия напряжения со сборных шин |.Л. 1-14|.
В дальнейшем более совершенной конструкцией яви
лись выкатпые комплектные раенреде штельиые устрой-
ства КРУ, изготовляемые заводами электропромышлен-
ности. Основное их преимущество состоит в возможности
быстрой замены выключателя на выкатпой тележке со
штепсельными контактами. В настоящее время КРУ яв-
ляются основным типом ячейки для РУ промпредприятий.
Выпускаемые в настоящее время камеры КСО 266, заменившие
прежнюю серию КСО-2УМ. состоят из стального каркаса (рпс 9 33).
в котором смонтированы изоляторы сборных шин, шинный разве
дппптель, выключатель, трансформаторы тока, линейный ра.тье
дшштель в кабельная муфта. На фасаде камеры монтируются из
мерительные приборы и реле защиты. Сетка исполнений камер
КСО-266 содержит все необходимое комбинации для вводных
ячеек, отходящих липин, секционных выключателей, трансформа-
торов напряжения и собственных- нужд, а также разрядников
В камерах КСО-266 монтируется выключатели тина В\!*П Ю па
630 и i ООО А с пружинным приводим типа 1111 -67 или ыектрома!
иитным тина НЭ-11. Номинальное напряжение 10 кВ. Для услано
вок 6 кВ соответственно применяют измерительные трансформа
358
Рпс. 9-33. Стационарные камеры внутренней установки на напряжение Ci —1(1 кВ серии КСО-266.
<i — общий пид. б — камера отходящей линии с масляным вык початслем.
Рис. 9-34. Типы выкатных КРУ для внутренней установки.
а — общий вид шкафа серин КРУ2-10П; б — общий вид шкафа серим К-ХП.
Сотка исполнения камер КРУ ц КСО позволяет выби-
рать их по назначению — вводы, отходящие линии и т д
Кроме того, имеется сетка различных исполнений вторич-
ной коммутации, позволяющая выбрать требуемый вид
измерений и защиты. Приводы выключателей пружинные
и электромагнитные.
При схеме АВР для обеспечения работы установленных
на вводах и секционном выключателе пружинных или
электромагнитных приводов необходимо па вводах до
выключателей подключать трансформаторы напряжения
или собственных нужд, так как иначе схема не будет рабо-
тать (рис. 9-35).
При составлении компоновки РП с ячейками КСО или
КРУ следует учитывать строительный модуль 6—3—1,5 м,
Рис. 9-35. Схема обеспече-
ния работы приводов вы-
ключателей при ЛВР.
1 — предохранители типа ПКТ
при пружинных и типа ПК при
электромагнитных приколах;
2 — трансформаторы напряже-
нии при пружинных и силовые
трансформаторы собственных
нужд при электромагнитных
приводах.
по которому принимают ширину и длину помещения PH
с учетом резерва на расширение. Камеры КСО могут уста-
навливаться вплотную к стене и при глубине их 1,2 м
они могут размещаться в помещении шириной 2.7 м (в осях
3 м), при двухрядном расположении — шириной 5,57 м
(в осях 6 м). Длина помещения определяется числом рабо-
чих камер с добавлением по одной — трем резервной ячейки
на каждую секцию и с учетом строительного модуля в осях,
т. е. 12—15—1<3 м и т. д. Помещение должно иметь два
выхода со съемной фрамугой для моптажа камер КСО.
Под помещением камер КСО устраивают подвал для ка-
бельных разводок или кабельные каналы.
Камеры 1лРУ выпускаются для установки вплотную
к стене, однако опыт эксплуатации показывает, что жела-
тельно иметь проход за камерами шириной не менее 800 мм
для доступа к кабельным муфтам, трансформаторам тока
и втычным контактам. Вследствие этого одностороннее
обслуживание КРУ применяется при небольшом их числе
или при наличии кабельного подвала или туннеля для
доступа к кабельным муфтам и оборудованию.
’ 362
При наличии проходов за каморами КРУ минимальная
ширина помещения ГП получается: для однорядного рас-
положения 4,2 м (в осях 4,5 м); для двухрядного 8,5 м
(в осях 9 м). Помещения PJT обычно совмещаются с по-
мещениями К ГП и комплектных конденсаторных устано-
вок для компенсации реактивной энергии ККУ. Примеры
компоновок РП приведены па рис. 9-36.
Сборные шины на камерах КСО выполнены открытыми,
что требует размещения их в отдельных электропомеще-
ниях, в то время как полностью закрытые камеры КР^
могут помещаться открыто в машинных залах.
Дальнейший технический прогресс в области конструк-
ции камер КРУ состоит в применении изоляционных пласт-
масс для покрытия токоведущих частей, что позволяет
резко сократить размер камер. Так, ширина камер может
быть сокращена до 500—350 мм и высота до 1 500 мм.
Другое направление технического прогресса камер
КРУ состоит в применении элегаза — шестифтористой
серы SF . Этот газ под давлением 2 кгс/см2 обладает высо-
кими изоляционными свойствами и позволяет выполнять
компактные конструкции КРУ на 35—110—220 кВ. Этот
же газ применяется за рубежом, в качестве дугогасящей
среды при давлении до 16 кгс/см2. В СССР проводятся
разработки ио использованию элегаза для коротко-
замыкагелей и отделителей на напряжение ПО кВ и
выше.
До освоения новых конструкций Р»РУ для напряжения
35 кВ в СССР применяются камеры, аналогичные камерам
КСО па 10 кВ, по в виде двухэтажного шкафа: в одном
этаже шкафа выключатель, в другом — разъединитель и
сборные шины.
В ГДР выпускаются камеры КРУ на напряжение 35 кВ
с изолированными шипами размером 750 X 1 670 X
X 2 360 мм с разрывной мощностью выключателя
750 МВ-А.
Конструкции промышленных главных понизительных
подстанций ГПП напряжением 220—110—35/10—6 кВ
в большинстве случаев выполняются по упрощенным схе-
мам с применением короткозамыкателей и отделителей.
В типовых проектах промышленных ГПП, разработанных
институтом «Электропроект», предусматривается открытая
установка трансформаторов и аппаратуры напряжения
35—110 кВ, а установка ячеек КРУ — в закрытом по-
мещении. По возможна, если эго требуется ио условиям
363
ОШ
ср«'ДЫ » 1,1 генплана, также закрытая установка аппара-
туры н трансформаторов 35 —I1Q кВ.
11а предприятиях с загрязненной средой изоляция
открыю установленного электрооборудования ирвнн-
Рпг. 0-3(1. Примеры выполнения РП 6—10 кВ.
а — отдельно стотций РП с камерами КРУ, совмещенный с КТП и ККУ;
б — отдельно стоящий РП с камерами КРУ, совмещенный с ККУ, в — отдельно
стоящий РП небольшой мощности с камерами КРУ, г — отдельно стон щи й PH
с камерами КСО, совмещенный с КТП и ККУ; д — встроенный РП, совмещен-
ный с КТП и ККУ, I — камеры КРУ и ш КСО, Я — КТП, 3 — ККУ, 4 — ЭПП(
6 — ВУСП.
мяетсп повышенного класса (например, 154 кВ при pa,-)liw
чем напряжении 110 кВ).
При загрязненной среде рекомендуется iipinhuiaiiiK*
кабельных вводов напряжением 110 кВ непосредственно
Отбетблениа от вбух ВЛ 110кВ
НТМИ 6-W
Рис. 9-37. Схема типовой ГПП 110 G—10 кВ с трансформаторами
25 и 40 МВ - Л. i*ii
в трансформатор -с закрытыми токоведущими частями.
Питание такого трансформатора выполняется по блочной
схеме с защитой на источнике питания.
Питание трансформаторов ГПП выполняется по блоч-
ной схеме ВЛ — трансформатор или с устройством Пере-
Ши*
Рис. 9 38. План и разре ни типовой ГПП 110/G—ЮкВ с двумя
трансформаторами мощностью 40 МВ* Л.
а - II mu. б — nii3|ie.i; / — ОРУ ПО кВ. 2 — ЗРУ 6 — 10 кВ. Л — трансфор-
матор; 4 — В.1 ИО кВ; л — ремонгнаи площадка; в — mo.ihiicoth'h, 7 — аа-
ниггныП трек*; Л — разъединитель, у — отделите и,'. — короткозамыкатель;
Ч — разрядник; — же icjikm <ры пыП путь; /л — пыиоды иг расщепленных
оимигок трансформатор с.
мычки — мостика, включенного между отделителем ц
трансформатором, что позволяет работать двум трансфор-
маторам от одной ВЛ.
Рис 9-39. Присоединеппе кабелей 110 кВ к трансформаторам ГПП.
а — кабельный ввод при обычном трансформаторе с усиленными вводами",
бив — нри специальных кабельных вводах 1 — кабельный ввод; 2 — соеди-
нение кабеля с. вводом в трансформатор.
На рис. 9-37 приведена принципиальная схема типо-
вой ГПП 110/6—10 кВ с применением короткозамыкателей
и отделителей без выключателей на стороне 110 кВ. Трайс
форматоры с расщепленными обмоткамп G—10 кВ питают
четыре секции шин, попарно связанные секционными
368
выключателями. Последние нормально разомкнуты и
снабжены схемой ЛВР для взаимного резервирования
трансформаторов. Схема предусматривает распределение
электроэнергии по радиальной схеме кабельными ли-
ниями. При применении магистральной схемы распределе-
ния энергии токопроводами сооружение РУ 6—10 кВ
на секции отпадает, и токопровод, защищенный выходным
выключателем трансформатора, отходит непосредственно
от секции. Установка разрядников 2 х РВС-20 в нулевой
точке трансформатора на стороне 110 кВ служит для за-
щиты от перенапряжений при работе с разземленпой нуле-
вом точкой и срабатывании короткозамыкателя КЗ на
одной фазе. При подпитке от синхронных двигателей в сети
предприятия в нулевой точке обмотки 110 кВ возможно
появление напряжения 110/]/3 кВ, на которое изоляция
обмотки трансформатора в пулевой точке не рассчитана.
Трансформаторы собственных нужд ТСМА по 63 кВ-А
присоединены к выводам трансформатора до выходных
выключателей.
План и разрез типовой ГПП 2 X 40 МВ-А (без мо-
стика па стороне НО кВ) приведены па рис. 9-38. Закрытое
РУ с камерами КРУ показано в отдельно стоящем поме-
щении, но оно может быть и встроено в корпус цеха.
При неблагоприятных условиях окружающей среды
РУ 110 и 220 кВ крупных узловых распределительных под-
станций с выключателями (УРП) или промышленных ТЭЦ
выполняются закрытыми, если их нецелесообразно выно-
сить за пределы загрязненной зоны, где можно применить
открытую установку аппаратуры 110—220 кВ. При выне-
сенных УРП питание ГПП глубокого ввода выполняется
кабелями 110 кВ с глухим присоединением к трансформа-
тору, как показано на рис. 9-39.
Узловые распределительные подстанции УРП анало-
гичны районным подстанциям энергосистем и выполняются
по типовым проектам института «Энергосетьпроект».
9-10. ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ПРЕДПРИЯТИЮ
Для распределения электроэнергии в пределах пред-
приятия и для, питающих линий могут быть выбраны
стандартные напряжения 3, 6, 10, 20, 35, 110, 154 и 220 кВ.
Более высокие напряжения применяются для питания
369
отдельных предприятий с нагрузкой более 1 млн. кВт
(алюминиевые заводы и др.).
Аппаратура в камерах КСО и КРУ выполняется па
напряжение 10 кВ. Прп напряжениях 3 и 6 кВ в них необ-
ходимо устанавливать соответствующие трансформаторы
напряжения и разрядники. Пропускная способность и
разрывная мощность камер 10 кВ при напряжениях 3 и
6 кВ’уменьшается соответственно в 3,3 и 1,67 раза.
На напряжение 20 кВ в СССР выпускается аппаратура
только для генераторов па большие рабочие токи (6 кА)
и разрывные мощности до 3 000 МВ-Л (например, вык-
лючатель типа МГ-20). Выключатели и разьедпнптелп
на небольшие токи и разрывные мощности для распреде-
лительных сетей напряжением 20 кВ пока пе выпус-
каются. Возможно применение аппаратуры напряже-
нием 35 кВ, но экономически и технически это нецеле-
сообразно.
При напряжении 35 кВ (до выпуска КРУ с компакт-
ными выключателями на это напряжение) выключатели
приходится устанав гивать в камерах но типу КСО, что
сложнее, чем прп установке КРУ 10 кВ. Однако разрыв-
ная мощность выключателей 35 кВ в 2—3 раза выше, а
пропускная способность кабельной липин увеличивается
в 3,5 раза по сравнению с напряжением 10 кВ. Ячейка
ОРУ ПО кВ с выключателем разрывной мощности
2 500 МВ-А п выше стоит еще дороже, а пропускная
способность увеличивается в 3 раза по сравнению с ячей-
кой 35 кВ при том же рабочем токе.
Следует отмстить, что па стоимость высоковольтных
аппаратов основное влияние оказывает величина токов
к. з. и затем уже уровень напряжения.
Для опреде 1ения влияния величины напряжения па
кабельные сети сравним пропускную способность и стои-
мость 1 км кабеля сечением (3 X 120) мм2, провоженного
в траншее и работающею при экономической плотности
тока Jo -- 1,2 А/мм?. Результаты сравнения приведены
в табл. 9-2.
Как следует из таблицы, папболее эффективен переход
от напряжения 6 к 10 кВ, так как нрп этом передаваемая
мощность возрастает в 1,67 раза, а удельная стоимость
передач 1 кВ \/км снижается на 35%. При переходе с на-
пряжения 10 кВ па 20 и 35 кВ удельная стоимость пере-
дачи в первом случае возрастает, а во втором снижается
па 15%.
370
Таблица 9-2
Напряжение. кВ Ма рка кабеля Передавае- мая мощность, МВ-А Стоимость, тыс. руб/КМ Удельная стоимость, руб/(кВ-А-км)
3 АСБ 0,75 3.7 4.95
6 АСБ 1.5 4.22 2.82
10 АСБ 2,5 4.65 1.85
20 АОСБ 5.0 10.63 2,13
35 АОСГ» 8 75 11.0 1.6
ПО МССВ 75,0 150.0 2.0
Примечание. Кабель МССВ сечеппсм 3 (1 X 150).
^Цеховые трансформаторы прп напряжениях 3, G и
10 кВ имеют одинаковые стоимости п потери. При напря-
жении 20 кВ трансформаторы практически не изготов-
ляются, а при папряжеппи 35 кВ они получаются дороже
на 35—50% с незначительным (на 1—2%) увеличением
потерь.
Трансформаторы для выпрямителей могут быть вы-
полнены на 3—6—10—35 кВ в зависимости от мощности.
Для мощных кремниевых выпрямителей на 25 кА и напря-
жение 450 и 850 В трансформаторы типа ГДН11В выпол-
няются на 10 п 35 кВ первичного напряжения.
Для электропочпых установок мощностью 15 МВ-А
напряжение питания трансформаторов 6—10 кВ, для мощ-
ностей до 45 МВ-А — 35 кВ и от 60 МВ* Л и выше 110—
154 кВ.
Если источником питания предприятия является ТЭЦ,
то для генераторов при мощности 60 МВт может быть вы-
брано напряжение 6 или 10 кВ, а при мощностях машин
100 МВт 10 кВ. Нрп выборе для генераторов напряжения
10 кВ вместо 6 кВ облегчаются условия работы аппара-
туры, уменьшается число отходящих от ТЭЦ линий, .
упрощается коммутация и т. д. Поэтому выбор напряже-
ния 10 кВ может быть рекомендован пе только для элект-
роснабжения промпредприятпя, по и для ТЭЦ. Един-
ственным преимуществом напряжения 6 кВ является
возможность питать двигатели с мощности 250 кВт и выше
мри этом напряжении. Однако на напряжение 10 кВ дви-
гатели пока изготовляются только с мощности 800 кВт
(по специальному заказу также меньшей мощности).
Кроме того, при напряжении 660 В двигатели изготов-
ляются до мощности 500—630 кВт, так что в этом случае
371
необходимость в промежуточном напряжении 6 кВ для
питания двигателей отпадает (см. гл. 4).
Вопрос о выборе напряжения 6 кВ для электроснабже-
ния промпредприятия может возникнуть лпшь в том слу-
чае, когда напряжение источника питания 6,3 кВ пли при
большом количестве двигателей средней мощности (300—
630 кВт) и невозможности применения напряжения 660 В.
Выбор напряжения 6 или 10 кВ производится путем
технико-экономического сравнения, причем должно учи-
тываться не только проектируемое предприятие, а также
влияние выбранного напряжения на электроснабжение
соседних предприятий, питающихся от той же ГПП.
В числе возможных вариантов может быть рассмотрено
применение обоих напряжений 6 и 10 кВ, получаемых от
расщепленных обмоток трансформаторов ГПП, что нашло,
в частности, применение в электроснабжении горнообога-
титольпых комбинатов (ГОК), где нагрузки двигателей
«критической мощности» имеют большой удельный вес.
Однако и на таких предприятиях переход на напряжение
660 В позволит отказаться от установки трансформаторов
с расщепленной вторичной обмоткой 10/6 кВ, при которой
значительно усложняется распределение электроэнергии,
требуется сооружение двойного количества РУ, прокладка
кабелей и токопроводов на напряжения 10 и 6 кВ и т'. д.
При существующих ценах па кабели 20 кВ и отсутствии
аппаратуры па это напряжение напряжение 20 кВ полу-
чается оптимальным, если будет получено с шин генера-
торов и если вместо кабелей будут применены токопро-
воды [Л. 4-3]. Получение напряжения 20 кВ от генераторов
вполне реально при применении масляного охлаждения
статора. Опытные установки подобного рода уже несколько
лет находятся в эксплуатации.
Непрерывный рост мощности новых промпредприятпй.
нагрузка которых в отдельных случаях доходит до 1 млн.
кВт и выше, требует повышения напряжения распредели-
тельных сетей внутри предприятия. Глубокий ввод район-
ных сетей на территорию предприятия и расположение
подстанции у энергоемких цехов часто оказывается за-
труднительным не только при напряжении 220—500 кВ,
а также при напряжении 110 кВ.
До настоящего времени для распределения электро-
энергии не используется напряжение 20 кВ и недостаточно
используется напряжение 35 кВ. Снижение стоимости ка-
белей, выпуск более легкой аппаратуры, комплектных ка-
372
мер и трансформаторных подстанций позволят широко
применять напряжения 20 и 35 кВ для распределения
электроэнергии в пределах промпредприятия, в особен-
ности па энергоемких предприятиях, при наличии элект-
ропрпемников, питающихся через отдельные трансформа-
торы, и большой площади, занимаемой предприятием.
Напряжение 35 кВ применялось для питания отдален-
ных потребителей, пока не было внедрено напряжение
ПО кВ. До настоящего времени напряжение 35 кВ про-
должает применяться для передачи и распределения
электроэнергии, когда отдельные части промпредприятия
расположены в разных местах, на значительном расстоя-
нии от основного предприятия (рудники, шахты, карьеры,
нефтепромыслы и др.). Напряжение 35 кВ часто выби-
рается как первичное для мощных трансформаторов элект-
ропечей, преобразователей и других электропрпемников,
когда по экономическим или конструктивным соображе-
ниям напряжение 110 кВ не может быть принято.
Если на предприятии пли в непосредственной близости
имеется напряжение 35 кВ, то необходимо проверять целе-
сообразность распределения электроэпергпи при этом
напряжении. При отсутствии на предприятии мощных
двигателей можно ограничиться установкой трансформа-
торов па напряжение 35/0,4 или 35/0, 69/0,4 кВ, что зна-
чительно упрощает схему электроснабжения.
Распределение электроэнергии при напряжении 35 кВ
часто оказывается выгодным на крупных предприятиях,
производственные корпуса которых занимают большую
площадь, а размещение трансформаторов с первичным
напряжением 110 кВ непосредственно у корпусов не пред-
ставляется возможным. В этом случае вместо ряда транс-
форматоров с вторичной расщепленной обмоткой и распре-
деления электроэнергии токопроводами 6—10 кВ можно
установить ограниченное число трехобмоточных трансфор-
маторов с вторичным напряжением 35 и 10 кВ и канализа-
цию электроэпергпи выполнить кабелями для обоих на-
пряжений, а при больших мощностях — токопроводами
только для напряжения 10 кВ. Такое распределение
электроэнергии особенно оправдано, если для электродви-
гателей выбрано напряжение 660 В.
Напряжение 110 кВ выбирается для трансформаторов
электропечей мощностью 60 МВ • А и выше. На предприя-
тиях большой мощности часто сооружаются несколько
ГПП, которые размещаются по возможности вблизи
373
энергоемких цехов. В этом случае напряжение 110 кВ
является отчасти распределительным в пределах предприя-
тия и облегчает распределение электроэнергии при на-
пряжении 10 кВ. Однако ввод напряжения 110 кВ в про-
изводственные корпуса, как правило, допускается только
для печных подстапцпй.
Напряжение 154 кВ применяется для питания транс-
форматоров ГПП при наличии такого напряжения в энер-
госистеме. Это же напряжение было удачно применено для
непосредственного питания группы ферросплавных ночей
мощностью по 63МВ--А па заводе черной металлургии.
Напряжение 220 кВ применяется для питания транс-
форматоров ГПП энергоемких предприятий (алюминиевые
заводы, гориообогатительпые комбинаты).
Прп проектировании нового предприятия или рекон-
струкции действующего составляются варианты схем
электроснабжения, включающие различные напряжения
питания и распределения электроэнергии по предприятию,
число и мощность ГПП, РП и 111. Исходными данными для
составления вариантов схем служат: напряжение источ-
ника питания; удаленность его от предприятия; величина
токов к. з. па нем; нагрузка предприятия в мегавольт-
амперах п картограмма нагрузок па генплане предприя-
тия; данные об оптимальном напряжении электроприем-
ников; наличие резкоперемепиых нагрузок; требования
к уровням напряжения; категории бесперебойности потре-
бителей; условия среды — допустимость применения воз-
душных линий п агрессивность почвы п другие специаль-
ные требования к электроснабжению.
Наиболее часто приходится решать вопрос о вы-
боре напряжения электродвигателей и напряжения дтя
распределения электроэнергии внутри предприятия. После
составления вариантов схем производится расчет всех
элементов — выключателей, трансформаторов, кабелей,
воздушных линий и т. д. Определяются капитальные
затраты па те элементы, которые изменяются в вариан-
тах, определяются стоимость потерь энергии и другие по-
казатели. После этого производится технпко-экономпче-
скпй расчет (ТЭР) по выбору вариантов по известной ме-
тодике на минимум приведенных затрат с учетом вероят-
ного ущерба от нарушений электроснабжения. Прп равен-
стве приведенных затрат или небольшом (до 10%) преиму-
ществе низшего напряжения следует* принимать более
высокое напряжение как более перспективное.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, УЩЕРБЫ
И РЕЗЕРВИРОВАНИЕ
10-1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
II а д е ж и о с т ь ю называется свойство системы
электроснабжения промпредпрнятия выполнять задан-
ные функции, сохраняя своп эксплуатационные показа-
тели в условиях, оговоренных в нормативных документах.
Иод работоспособностью подразумевается
состояние системы электроснабжения, прп котором она
способна выполнять заданные функции с параметрами,
установленными требованиями нормативных документов.
Событие, заключающееся в нарушении работоспособ-
ности, называется о т к азо м. Отказы возникают при
работе отдельных элементов системы электроснабжения —
трансформаторов, выключателей, разъединителей, воз-
душных и кабельных линий и г. д. Отказы отдельных эле-
ментов могут вызывать пли не вызывать отказы системы
электроснабжения в целом в зависимости от конкретной
схемы электроснабжения.
Элементы систем электроснабжения пе могут быть вы-
полнены «безотказными», поскольку вообще не существует
абсолютно безотказных изделий. Однако они обладают
свойством рсмоитопригодпостп, благодаря чему их отказы
имеют временный характер, и после восстановления рабо-
тоспособности они могут выполнять своя функции до
следующего отказа.
Существуют три типа схем прп анализе надежности:
нерезервированная схема; схема с ограниченным резер-
вированием и схема с полным резервированием. В пер-
вом случае отказ каждого элемента приводит к пере-
рыву электроснабжения, наступающему с некоторой ве-
роятностью. Отказ элемента во втором случае может при-
вести к ограничению потребляемой мощности, наступаю-
щему с некоторой вероятностью, и к полному погашению
при наложении отказа в резервной цени во время восста-
новления или профилактического ремонта рабочей цепи.
Для третьего случая полное погашение наступает лишь
при наложении отказов пли наложении отказа в одной
цепи на ремо1П другой Во всех трех случаях методика
расчетов надежности будет различной.
375
Ниже излагается упрощенная модель явлений отказов,
не” учитывающая вероятности развития отказа, зависимо
сти повреждаемости выключателей от вероятности отказа
в присоединенной липин, влияние погодных и сезонных
условий и т. д.
Для потребителей I категории надежность электроснаб-
жения обеспечивается питанием от трех независимых ис-
точников, вероятпость одновременного отказа которых нич-
тожно мала, по в принципе может быть. Ниже рассматри-
ваются потребители II категории, для которых задача
расчета надежности состоит в определении уровня надежно-
сти, оптимального с экономической точки зрения. Необос-
нованные требования завышенного уровня надежности
приводят к неоправданным высоким затратам на резерви-
рование элементов системы путем сооружения нескольких
линий, установки нескольких трансформаторов и т. д.
Появление отказов, нарушающих электроснабжение,
является случайным событием, поэтому в расчетах надеж-
ности пользуются математическим аппаратом теории ве-
роятностей и математической статистики. Принято счи-
тать, что отказы образуют поток случайных событий,
характеризующийся параметром потока отказов со (/),
равным среднему количеству отказов в единицу времени,
и параметром потока восстановления, равным единице,
деленной на среднее время восстановления 1/ZB.
Нарушение электроснабжения вызывает ущерб на
предприятии, величина которого имеет вероятностный
характер и может быть только оценена с определенной ве-
роятностью. Рассматривая различные варианты систем
электроснабжения, необходимо рассчитать и вероятный
ущерб из-за отказов отдельных элементов данного ва-
рианта системы.
Технико-экономическая оптимальность варианта схемы
электроснабжения определяется по минимальному значе-
нию приведенных годовых затрат с учетом среднего вероят-
ного ущерба от нарушений электроснабжения за один год:
3 = ряК + С + У,
где рн = 0,12 — нормативный коэффициент эффективно-
сти; К — единовременные капиталовложения во варианту
схемы электроснабжения, включая резервирование; С —
составляющая, зависящая от схемы электроснабжения,
себестоимости годовой продукции:
376
Ср = Ра. — отчисления на реновацию; ра р — амор-
тизационные отчисления на реновацию, отн. ед.; Ср с —
стоимость рабочей силы для обслуживания и текущего
ремонта системы электроснабжения; См — стоимость ма-
териалов; Сэ — стоимость потерь энергии; У — средний
вероятный ущерб от нарушения электроснабжения за
год.
Уровень надежности может быть повышен установкой
более дорогого оборудования с запасом по напряжению
или рабочему току, которое будет работать более надежно,
если увеличение капитальных затрат будет сопровождаться
снижением ожидаемого ущерба с таким расчетом, чтобы
это снижение обеспечило общее снижение приведенных
затрат 3.
10-2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЩЕРБА ОТ НАРУШЕНИЯ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Методика определения ущерба от нарушения электро-
снабжения является сложной проблемой, по которой ве-
дутся работы в СССР и за рубежом; многие положения
в этой области остаются дискуссионными, нет общеприня-
тых понятий и обозначений различных величин, фигури-
рующих в расчетах.
Общепринятым является разделение годового ущерба У
па прямой Уп и дополнительный Уд, учитываемый по раз-
лому. Прямой ущерб Уц включает простой рабо-
чей силы, брак продукции, порчу сырья и материалов,
повреждение основного оборудования, затраты на восста-
новление сложного технологического процесса (выход па
режим), общецеховые и общезаводские издержки. До-
полнительный ущерб Уд создается недовы-
пуском продукции, вызванным нарушениями электро-
снабжения.
Плановые перерывы электроснабжения для профилак-
тического ремонта электрооборудования обычно совме-
щаются с ремонтами технологического оборудования и
ущерба не вызывают, а расходы, связанные с ними, входят
в полные издержки С. В тех случаях, когда такое совме-
щение не удается, можно считать, что ущерб от плановых
перерывов питания энергией значительно меньше, чем прп
внезапных отключениях, поскольку персонал к ним гото-
вится заранее.
377
Время перерыва технологического процесса при нару-
шении электроснабжения, ч.
где /я — длительность нарушения электроснабжения па
одни отказ; £тхн — длительность наладки технологиче-
ского процесса после восстановления электроснабжения
па один отказ.
На рис. 10-1 приведены различные принципиально
от t9 для разных отраслей про-
возможные зависимости А
мышлеппостп. Кривая 1 пока-
зывает срыв технологического
процесса и необходимость вре-
мени £тхн па его восстановление
в первый момент и повторно
через некоторый промежуток
времени. Для кривой 2 срыв
наступает через некоторое время
после начала перерыва элек-
троснабжения, затем вторич-
ный срыв еще при дальнейшем
продолжении перерыва пита-
ния. Кривая 3 характеризуется
одним срывом через более дли-
тельный промежуток, кривая 4
соответствует отсутствию такого срыва. Имеют место и
более сложные зависимости tn от /э.
Прямой ущерб от нарушения электроснабжения
где *Vn0 — часть прямого ущерба, не зависящая от дли-
тельности перерыва технологического процесса и вызывае-
мая самим фактом внезапного нарушения электроснаб-
жения, например поломка инструмента на металлорежу-
щих станках; Уп (/э) — часть прямого ущерба, зависящая
от длительности нарушения электроснабжения, например
зарплата за простой рабочих; Уи (Агхн) — часть прямого
ущерба, учитывающая затраты на восстаиог тепие тех-
нологического процесса, например расходы на очистку
трубопроводов в производстве искусственного волокна,
которые засоряются затвердевшим полуфабрикатом.
Дополнительный ущерб связан с недовыпуском продук-
ции АВ за год:
АВ = В-ВФ,
378
где В — годовой плановый выпуск продукции; Вф — годо-
вой фактический выпуск продукции с учетом-нарушений
электроснабжения.
При каждой наладке технологического процесса на один
отказ выпускается некоторая часть продукции Втхн. Если
в — плановый часовой выпуск продукции, то отношение
-^ТХН _ л'
“Гтхн
называется приведенным рабочим временем при наладке
технологического процесса.
При наличии промежуточных складов между отдель-
ными технологическими участками нарушение электро-
снабжения одного участка может не отразиться па работе
последующего участка, поскольку он может работать за
счет запаса промежуточного склада в течение времени t3
и выдать продукцию et3.
Если в течение года было т. нарушений электроснабже-
ния с различными длительностями перерыва tu, то полный
недовыпуск продукции за год будет:
771 771
AZ? — ^ТХН = j (С “Ь ^ТХН ^ТХН ^з)
1
По структуре дополнительного ущерба все потреби-
тели электроэнергии разделяются на две группы: Д2? не
восполняется; SB восполняется за счет сверхурочных
работ с повышенной оплатой.
Имеются предложения применять еще две группы:
когда SB восполняется форсированным режимом работы,
сопровождающимся дополнительными затратами, и когда
SB отсутствует. Однако такие условия являются редкими,
не характерными для большинства предприятий, и их
можно не учитывать.
Существуют два метода определения дополнительного
ущерба по разнице в приведенных затратах и по потере
прибыли.
При нормальной работе предприятия без нарушения
электроснабжения годовые приведенные затраты на выпу-
скаемую продукцию
3 ==рпК 4- С{)-\-суВ,
где Со — часть годовой себестоимости продукции, не зави-
сящая от объема последней; су — удельные затраты на еди-
ницу продукции, связанные с ее выпуском.
379
Для первой группы потребителей годовые приведен-
ные затраты при аварийных нарушениях электроснаб-
жения (фактические)
Зф — РпК 4" Уп 4- Cq 4~ СуВ§.
При методе определения дополнительного ущерба
по разнице в приведенных затратах величина фактического
выпуска продукции Вф умножается на разность удельных
приведенных затрат на единицу продукции — фактиче-
ских и плановых — и для дополнительного ущерба полу-
чается следующее выражение:
У^ = ^=(/>K*+Q-^- =
_ лЛ 4- Ср V . j _ . ч
-- у» 7 “Г 4ТХН Лхн ьзЛ
1
где Тт— годовой фонд рабочего времени.
При пользовании методом потери прибыли дополни-
тельный ущерб первой группы потребителей зависит
от снижения прибыли предприятия при нарушениях элек-
троснабжения. Плановая прибыль предприятия
П = Ц — С = цВ — С,
где Ц — продажная цепа всей продукции; ц — цена еди-
ницы продукции.
При нарушениях электроснабжения фактическая цена
выпущенной продукции будет цВф. Соответственно факти-
ческая прибыль при нарушениях электроснабжения
-Цф = цВф Со • СуВф.
Возможно, что часть фактической продукции Вф полу-
чилась пониженного сорта со сниженной ценой i/ф, и
тогда фактическая прибыль будет:
ЦфВф 4- ц (В Вф) Cq СуВф.
Общее выражение дополнительного ущерба от недо-
выпуска п потери сортности продукции
Удг = П Пф =Ц — Со — с-уВ — ЦфВф — ц (Вф — Вф) 4- 4-
4~ СуВф = Ц с у кВ ЦфВф г<(Вф Вф).
Для второй группы потребителей, восполняющих недо-
выпуск продукции сверхурочными работами длительностью
380
tu на каждый отказ, ущерб определяется дополнительной
зарплатой основных производственных рабочих с годовым
фондом зарплаты Фрп и вспомогательного персонала,
обслуживающего оборудование, с годовым фондом зар-
платы Фв п. Зарплата за сверхурочные работы отачивается
с повышающим коэффициентом Яс.у; для дополнительного
ущерба получается следующее выражение:
у (Л-к у —1) Фо. п + ^суФц. П V // f f f\
адII — у, / ^э Г^тхп ^тхп *a/-
1
Для производственных рабочих учитывается только
надбавка к основной зарплате, так как последняя входит
в стоимость продукции как и прп нормальной работе.
Существует также метод определения удельного ущерба
па 1 кВт-ч недополученной энергии yw, руб (кВт-ч).
Однако этот показатель сильно колеблется для различных
отраслей промышленности, например для 19 предприятий
промышленного района были получены значения yw
(0,036—1,37) руб (кВт-ч) 1Л.10-5]. Более высокие значе-
ния относятся к предприятиям легкой промышленности
с малым потреблением электроэнергии, и самые низкие
значения уи получаются у энергоемких предприятий.
Этот показатель может быть использован для ориентиро-
вочных расчетов в пределах одной отрасли промышлен-
ности. В то же время им нельзя пользоваться при частич-
ном снижении нагрузки предприятия, которое встречается
чаще, чем полное погашение.
10-3. ОЦЕНКА ВЕРОЯТНОГО ВРЕМЕНИ НАРУШЕНИЯ
Э Л ЕКТРОСН АБЖЕПИ Я
Параметр потока отказов (0 (/) определяется из статисти-
ческих материалов наблюдений над элементами электро-
снабжения в течение ряда лет. Например, если в установке
имелось п — 500 выключателей и в течение 8 лет было
отмечено т = 80 отказов, то параметр потока отказов
(среднее значение случайной величины, или математиче-
ское ожидание)
= ЖГ8 = 0’02 Ра^го«-
(некоторыми авторами вместо ы используется обозначение
буквой X).
381
Для электрических сетей, отказы которых зависят
от длипы линии, параметр потока отказов со принимается
равным числу отказов (отключений) в течение года, отне-
сенному к единице длины сети обычно на 100 юм. Напри-
мер, для кабельных сетей напряжением 10 кВ в траншее
со = 8 раз год на 100 км.
Величина со зависит от срока службы элемента согласно
кривой характерной для большинства из де тин (рис. 10-2
Участок I соответствует периоду приработки илп паладкц
(обычно непродолжительному), участок 11 — периоду
нормальной эксплуатации и III — участок старения изде-
лия, когда параметр потока
Рис. 10-2. Зависимость со от вре-
мени t.
отказов возрастает за счет
износа старения изоля-
ции п г. д.
Обычно расчеты ведутся
для нормальной эксплуа-
тации (участок II), когда
параметр потока отказов
не изменяется длительное
время:
cd (t) = со = const.
Отказ характеризуется законом распределения слу-
чайных величин, выражающим зависимость вероятности
того или иного события от значения случайной величины.
Для элементов систем электроснабжения распределение
вероятностей безотказной работы элемента в течение вре-
мени Т в большинстве случаев подчиняется экспоненци-
альному закону
Н(Т) — е~ыТ.
Например, вероятность безотказной работы яче -пси
РУ 6 кВ в течение года при со = 0,02 раз год за время
Т = 1 год
Я(1) = 6-0’02 = 0,9802.
При схеме электросети, состоящей из п последова-
тельно соединенных элементов, вероятность безотказной
работы сети за времяч Т определяется произведением
вероятностей
71
И(7’) = 7?±(Т) Пп (Т) = Ц R,(Т).
I
382
При экспоненциальном законе распределения
п \ *
ш 7 ^‘Т
П(Т) = е-°>‘те-ъг . = е 1
Вероятности безотказной работы прп различных чис-
лах ячеек РУ 6 кВ. включенных последовательно (без
учета отказов дру гих элементов — кабелей, трансформа-
торов и т. д.):
Число ячеек, сосдипеп-
пых последовательно 2 3 4 5
Вероятность безотказной
работы за 1 год.... 0,9608 0,9418 0,9231 0,9048
Таким образом, увеличение числа последовательно
включенных ячеек приводит к снижению надежности,
что подтверждает известное свойство электрических схем
соединения — чем мепыпе звеньев (аппаратов), тем схема
падежное.
Поток отказов, имеющий место в течение заданного
периода времени Г, обладает свойствами ординарности,
стационарности и отсутствием последствия. Такой поток
в теорий надежности называется простейшим.
Ординарность заключается в очень малой
вероятности совпадения отказов, которой можно пре-
небречь. Соответственно в 11УЭ не учитывается совпадение
двух аварий независимых элементов.
Свойство с т а ц и о парности выражается в посто-
янство параметра потока отказов
со (t) = const.
Отсутствие последствия заключается в
том, что число отказов в один период времени пе зависит
от числа отказов в предыдущие периоды.
Для простейшего потока вероятность появления отказа
есть случайное событие, и число таких отказов m в системе
за период Т распределяется но закону Пуассона. Вероят-
ность появления пг отказов в течение периода времени Т
jR (пг) = -—{— e-wT.
4 ' ml
Среднее число отказов за время Т при Пуассоновском
распределении, пли математическое ожидание,
М (пг) = ыТ.
383
Полагая т = 1, можно определить время между двумя
отказами, .которое в теории надежности называется средним
временем наработки между двумя отказами,
Т — —
1 с₽ ~ © *
Вторым важным показателем надежности работы эле-
ментов систем электроснабжения является время восста-
новления после отказа tB, Поскольку время восстанов-
ления элементов также является случайной величиной,
необходимо знать, по какому закону распределяется это
время. Закон находится путем статистической обработки
данных по отказам элементов, объем которых должен быть
достаточно большим, чтобы обеспечить необходимую точ-
ность результатов обработки. Средняя величина его как
математическое ожидание случайной величины tB для m
отказов
Если предприятие работает в одну или в две смены, то
время восстановления может наложиться пгт нерабочий
период и не будет связано с ущербом для производства.
Если принять, что вероятность отказов в разное время
суток одинакова, получаем значение времени восстанов-
ления, связанное с ув ербом,
Лв — ,
где tB — общее время восстановления; псм — число смен.
При последовательном соединении п элементов с раз-
ными tB среднее время восстановления па один отказ полу-
чается:
п
7 _yi7 e>i_
1 ВС / 1 Bl >
1
п
где со2 = 2
1
Па основании опубликованных работ можно принимать
для отдельных элементов следующие законы распределения
384
времени восстановления поврежденных элементов:
для воздушных линий — экспоненциальный;
для кабельных линии нерезервированных или ограни-
ченно резервированных — нормальный;
для кабельных линий резервированных — экспоненци-
альный;
для трансформаторов (замена поврежденных) — нор-
мальный;
для ручных переключений в схемах — экспоненциальный.
При известных /в и Zcp определяются: коэффициент
готовности системы
п коэффициент простоя системы
Системы электроснабжения характеризуются высокими
коэффициентами готовности, близкими к единице, благо-
даря чему в большинстве случаев можно ограничиваться
для резервирования вторым параллельно включенным
элементом — двумя линиями, двумя трансформаторами
и т. д.
Если имеется цепь электроснабжения, состоящая из
выключателей, ячеек РУ, трансформаторов, кабельных или
воздушных линий, соединенных последовательно, то для
такой цепи можно определить суммарное значение па-
раметра потока отказов
h
(Оц = j 0) i.
1
где к — чисто элементов в цепи.
Среднее время восстановления цепи в часах или долях
года
л
_ 1 V .
1
Время наработки цепи
Т — —
УсРЧ~и)ц*
13 Мукосеев Ю. Л.
385
13 теории надежности резервированных систем с восста-
новлением ноказанох что при п параллельных цепях
с о знаковыми характеристиками среднее время нарушения
электроснабжения системы прп отказе всех н цепей
t ___*в-и
4 ВС — ~~~
и время наработки системы между двумя отказами всех
цепей
гр ____ *Е.Ц /бз. Ц 4“ ^"ср. Ц П л
1 ср. С — —-f— — 1 .
•i L ‘в. ц
Прп двух цепях время восстановления системы
7 _ ?В ц
Гвс--^-
Время наработки системы
гр _ /в.ц (Fb.ц4-7’ср.ц)2
7 ср. С — —~— ----а---------
2 __ t в.ц
^ср ц
2/ в.ц
4- т
ср.Ц’
Пример 10-1. Цеховые нагрузки напряжения до 1 000 В пи-
таются от одного пли двух трансформаторов. Цепь состоит из ячейки
РУ 10 кВ, кабеля 10 кВ длиной 200 м в капало и трансформатора.
Параметры потока отказов со и время восстановления ZB следующие:
Ячейка РУ 10 кВ.............. 0.021 10 ч
ГОД
Кабель 200 м в капало (ы=0,045 км) 0.009 » 16 »
Трансформатор..................0,01 » 12 »
Решение
1. Время восстановления цепи при сумме соц — 0,04
0,021 • 10 0,009 • 164-0,01 12
* в-ц------------ОДП “ “
е=11,8 ч, пли 11,8.8 760 = 0,00135 года.
2. Время наработки и коэффициент простоя цепи
7ер.ц=0^- = 25 лет; Аи,ц=-<» =0,000054.
3. Коэффициент готовности цепи
^Г.ц=0,999946.
4. Время восстановления системы прп двух цепях:
Zb.c==H,8;2 = 5,9 ч, пли 0,000675 года.
5. Время наработки системы
Г^=2ТТО+25 = 202 025 лст‘
386
Расчеты показывают, что для потребителей II кате-
гории величина ущерба при отключении 1 раз в 25 лет
настолько незначительна, что разница в приведенных
затратах на двойную цепь не оправдывается экономией
на ущербе.
В эксплуатации, кроме простоев при отказах, имеют
место профилактические ремонты, длительность которых
соизмерима с временем восстановления прп отказах.
Возникает вопрос, насколько вероятно появление от-
каза в одной цепи при профилактическом ремонте другой
цепп. В этом случае рассматриваются вероятности одно-
временных отказов обеих ценен и вероятность нало-
жения отказа одной цепи на ремонт другой. Очевидно,
что наложение ремонта одной цепи на отказ другой
исключается. Следует учесть, что время ремонта цепи
определяется максимальным временем одного элемента,
так как в течение этого срока все остальные будут отре-
монтированы.
Вопрос учета ремонтов в расчете надежности связан
с условиями производства. Для предприятий, работающих
с двумя выходными днями, проведение ремонта не свя-
зано с нарушением электроснабжения. Ряд предприятий
останавливаются на ремонт во время больших календарных
праздников при непрерывной работе в остальное время.
Имеются производства, периодически останавливающие
технологическое оборудование на профилактику, что облег-
чает ремонт электрической части.
Учитывая все эти обстоятельства, а также очень малую
вероятность наложения отказа одной цепи на ремонт
другой, следует считать, что во многих случаях простои
из-за ремонта резервированных цепей учитывать не имеет
смысла.
Если параллельные по схеме элементы рассчитаны
па неполную пропускную способность для покрытия
нагрузки, то отказ любого элемента в каждой цепи вызы-
вает одинаковые последствия в нарушении электроснаб-
жения. Поэтому с точки зрения надежности эти элементы
считаются как бы соединенными последовательно, и соот-
ветственно этому подсчитывается среднее число отказов
такой схемы с частичным нарушением электроснабжения.
Таким образом, понятие последовательного п параллель-
ного соединения в теории надежности пе соответствует по-
нятиям в электротехнике.
13*
387
10-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ НАРУШЕНИЯ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И СРЕДНЕГО КОЛИЧЕСТВА
НЕДОПОЛУЧЕННОЙ электроэнергии
Потребляемая предприятием мощность Р меняется
в течение суток и года. При отказе элементов схемы воз-
можны два случая: полное погашение потребителей
в схемах без резерва; частичное ограничение потребляемой
мощности при неполном резервировании, если Р > Риг,
где Рог — ограниченная мощность питания прп отказе.
При полном погашении энергия, недополученная за
период Т лет, кВт-ч,
Hz,r = Р tDMcT,
где Р — средняя за период Г нагрузка предприятия:
т
где Р, = И7Г1 rri за /-и год.
При частичном ограничении электроснабжения остав-
шиеся вработе элементы, даже неся допустимую перегрузку,
имеют ограниченную пропускную способность Рог. кото-
рая меньше максимума нагрузки Рм. В этом случае только
часть суточного графика нагрузки покрывается распола-
гаемой Рог. Для определения недополученной энергии
необходимо знать закон распределения суточных полу-
часовых максимумов нагрузки, который по имеющимся
в литературе данным чаще может быть принят нормальным,
и реже — равномерной плотности.
Пользуясь этими законами, можно определить веро-
ятность превышения получасовой нагрузки Риад распо ia-
гаемоп в аварийных условиях фактической ограниченной
мощностью Pw
Н (Р > />ог)
и определить количество недополученной энергии.
При нормальном законе распределения нагрузок в
суточном графике величина максимуме! нагрузки выра-
жается формулой
Рм — Р ср 4- Зо,
где Рср — средняя нагрузка; о — среднеквадратичное от-
клонение нагрузки.
388
При проектировании Рм и Рср определяются расчетами,
по которым можно определить
а = 2^,.
О
Далее необходимо определить выражение для Рог через
Рср + А-о в относительных единицах, после чего, пользуясь
готовыми таблицами нормальной функции распределения,
приводимыми во многих литературных источниках, можно
определить вероятность превышения нагрузки над Рог.
Пример 10 2. Рм =1 000 кВт, Рср = 760 кВт, Рог = 800 кВт.
Реше нпе.
1. Абсолютная и относительная (относительный коэффициент
вариации) величины среднеквадратичного отклонении
1000-760 ОЛ п 80 .. 1ПГ
о =-----5-----= 80 кВт, о ?= =0,105.
О ф {о и
2 Выражение для Рог через Рср
Рог = Рср ко — 760 4-0,5 80 = 800 кВт
или в относительных единицах
Рог = 1 4-0,5 • 0,105 = 1,053.
3. Нормальная функция распределения
гх _ Р
Ф* (х) = f е dt.
/2л J
— оо
В нашем случае х — 1,053. По таблицам нормальной функции
вероятность покрытия нагрузок
Ф* (.с 1,053) =0,853.
Вероятность дефицита мощности дчя покрытия -нагрузок
К (Р > Рог) = 1 - 0,853 = 0,147.
4. Среднее значение дефицита мощности ДРср па участке между
Рч ц РОг ПРИ нормальном законе распределения максимумов
APtp= К —-УДИВ 4-7 t>Q—800 = 150 кВт.
1 ) 2л 0,147
389
5. Количество недополученной энергии за период Т лет при
среднем параметре потока отказов (оср, среднем времени восста-
новления
И'н — Д-Рср^ в^срРR (Р Рог)’
При (0ср — 2 раза/год, tB = 10 ч, Т = 5 лет
ИЛН = 150 • 2 • 10 • 5 • 0,147 = 2 200 кВт-ч.
При распределении суточных максимумов по закону равно-
мерной плотности среднее значение нагрузки на участке между
Рм и Рог
и среднее значение дефицита мощности
АРср = Рср — Р«г*
Для данных примера 10-2:
ДРср= — су — 800 = 100 кВт.
Соответственно количество недополученной электроэнергии прп
законе равномерной плотности
JFH = 100 2 -10 • 5 0,147 = 1 470 кВт • ч.
По найденным значениям WIL можно определить ущерб,
руб/год, пользуясь удельной величиной yw, руб/(кВт-ч);
y = yjvn.
. Поскольку величины yw имеют значительный разброс
для различных отраслей промышленности, более точным
будет подсчет ущерба при известных значениях прямого
ущерба, вероятного времени нарушения технологического
процесса и недовыпуска продукции для каждого типа пред-
приятия. Работ в этом направлении выполнено еще недоста-
точно и в литературе мало опубликовано соответству-
ющих материалов, хотя вопрос расчета оптимального
уровня надежности остается актуальным.
Задаче! оптимизации резервирования прп рассмотрении
вариантов внешнего электроснабжения получается сравни-
тельно простой, так как обычно приходится лишь рассмат-
ривать вопрос о число питающих линий или трансформато-
ров на главных понизительных подстанциях ГПП.
Более сложно установление оптимальной степени резер-
вирования внутри предприятия. В этом случае необхо-
димо учитывать техно.логические связи между отдельными
участками производства. Наличие последних усложняет
390
задачу оптимизации резервирования электроснабжения,
особенно мри возможности временного продолжения работы
последующих участков при остановке предыдущих за счет
запасов промежуточных складов. Получающиеся при этом
сложные вероятностные соотношения приводят к необхо-
димости решения задач оптимизации резервирования
методом статистического моделирования на ЭВМ, для чего
имеются разработанные алгоритмы.
10-5. АГРЕГАТЫ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ (АРП)
К особой категории относятся потребители, нарушение
электроснабжения которых сопровождается тяжелыми
последствиями (гибель людей, пожары, взрывы и т. д.).
Сюда же относятся государственные учреждения особой
важности, особо важные оборонные объекты, узлы связи
ц радиоцентры государственного значения, а также
объекты гражданской обороны — бомбоубежища В хими-
ческой, металлургической и других отраслях промышлен-
ности к этой категории относятся автоматика и КИП,
задвижки и запорная арматура и т. п. (в большинстве
случаев небольшой мощности).
Во многих отраслях промышленности все шире приме-
няются автоматические системы управления производством
АСУП с применением электронных вычислительных машин
ЭВМ, логических элементов и других устройств.
Для подобных потребителей возникает целесообраз-
ность установки агрегатов резервного питания (АР11).
При этом имеется в виду, что само техническое оборудо-
вание, для которого создается такое питание, имеет высо-
кий уровень надежности, иначе усиливать резервирование
электроснабжения не имеет смысла.
Хотя ПУЭ требует для 1 категории применения АВР
при двух источниках, по сами системы АВР могут давать
отказы. Далее возможны отказы одной линии при ремонте
другой, хотя ПУЭ допускают не учитывать такое поло-
жение. Возможны также аварии в энергосистемах с пога-
шением питания узлов нагрузки. Поэтому возникает
необходимость иметь третий источник хотя бы неболь-
шой мощности, обеспечивающей безаварийное погашение
производства.
Обеспечение третьим источником возможно от ТЭЦ и
ГПП при условии, что имеются две линии от разных сек-
ций ГПП, на которой установлены два трансформатора,
391
питающиеся по отдельным линиям от энергосистемы плюс
одна линия от ТЭЦ, или, наоборот, две линии от двух
секций ТЭЦ разных генераторов плюс одна линия от ГПП,
питающейся от энергосистемы помимо ТЭЦ.
Применяемые в качестве третьего источника АРП раз-
личаются по мощности, напряжению, роду тока, частоте,
источнику энергии, длительности работы Тр, качеству
напряжения и частоты, времени пуска в работу £пуСк или
переходного процесса £иер.
С точки зрения первичного источника энергии АРП
можно разбить на следующие виды, представленные
на схеме:
При установке агрегата (например, двигатель-генератор
с маховиком), кинетическая энергия которого используется
при отключении сети, можно получить при нарушении
электроснабжения мощность до 200 кВт постоянного и
переменного тока с удовлетворительным качеством напря-
жения и временем работы до 20—30 с при времени пуска
/пуск = 0. 1акая система удовлетворяет требованиям
работы автоматики и защиты, необходимой для безаварий-
ного погашения производства. Эта система применялась
также в качестве источника оперативного тока на подстан-
циях.
Аккумуляторные 6aiapen применяются в широком
диапазоне мощностей: от небольших для питания КИП,
связи, освещения до 500 кВт при силовой нахрузке.
392
Длительность Tv может составлять от 0,5 ч и выше для
мощных, более суток — для мелких батарей. Время пуска
;пуСк — доли секунды в зависимости от схемы. При необ-
ходимости получения переменного тока в этом случае
требуется инвертор.
Дизельные агрегаты выполняются в большом диапа-
зоне мощностей: от 4—8—16 кВт до 1 000—1 250 кВт,
максимально 3 200 кВт. Пуск стартером от аккумулятор-
ной батареи пли сжатым воздухом (от 100 кВт и выше).
Время пуска 15—120 с. ГОСТ 10032-69 устанавливает
три степени автоматизации дизельных агрегатов. При
Режим А1 А2
Нормальный. X х
Аварийный X
Рис. 10-3. Схема АРП с маховичным двигателем-
генератором.
А1 и А2 — автоматические выключатели; ЛД — асинхронный
двигатель; М — маховик; Г — генератор постоянного или
переменного тока; ШРП — типы резервного питания.
третьей степени автоматизации агрегат включается авто-
матически и может работать до 150 ч без обслуживающего
персонала. В качестве топлива применяется нефть; кроме
того, необходимо масло для смазки, вода или воздух
для охлаждения. Газотурбинные установки (ГТУ) при-
меняются авиационного типа, отработавшие ресурс лет-
ных часов (100—200 ч), по достаточно надежно работающие
в условиях стационарной установки. Например, име-
ются передвижные автоматизированные электростанции
ПАЭС-1250-Т 6,3 и ПАЭС-1600-Т 6,3 мощностью 1 250 и
1 600 кВт, трехфазпого тока, напряжением 6,3 кВ; они
работают на керосине, дизельном топшве или природном
газе; /пуск —до 5 мин; 7’р — до 250 ч, без обслуживающего
персонала.
Па рис. 10-3 показана схема двигателя-генератора
с маховиком ц таблица работы аппаратов в схеме. Мощ-
393
ность до 200 кВт; /пуск = 0 и Гр = 20 + 30 с. Генератор
может быть трехфазного и постоянного тока.
Применение аккумуляторной батареи в сочетании <
машинным агрегатом с маховиком показано па рис. 10-4.
В нормальном режиме синхронная машина ГЛ/ работай!
в качестве синхронного компенсатора, предварительно
запущенного с помощью двигателя постоянного тока МП
и электромагнитной муфты ЭМ от аккумуляторной бата-
реи АП, которые после пуска Отключаются. При и< чез-
Режим М лг лз А4
Пуск-1 X X
Пуск-2 X X X X
Нормальный X X
Аварийный. X X X
. Рис. 10 4. Схема АРП с маховичным машинный агрегатом
и аккумуляторной батареей.
AI. Л2 и Лз—автоматические выключатели; в — выпрямитель; ЛЬ’—
аккуму шторная батареи: МП — машин i постоянного тока; ЭЛ! — • лек-
тромагпитнпя муфта; М — маховик; СМ — синхронная машина.
новгнии напряжения в сети включаются электромагнитная
муфта и двигатель постоянного тока МП. Мощность
до 10 кВт; 7’р — до 30 мин и /пу(.к — несколько секунд.
Напряжение трехфазноги тока на шипах резервного пита
пня 1111’11 сохраняется, по происходит кратковременное
снижение частоты.
Па рис. 10-5 представлена схема с шзелем Д, махо-
виком М и электромагнитной муфтой ЭМ. В нормальном
режиме синхронная машина СМ работает в качестве ком-
пенсатора, а пускается с помощью дизеля, отключаемого
затем электромагнитной муфтой. Прп исчошовенпи напря-
жения в сети синхронная машина сохраняет напряжении.
394
по снижает частоту, что служит импульсом для запуска
дизеля и включения муфты ЭМ. Мощность до 500 кВт,
Giycil = 5 4- 10 с, 7’р — сутки и более.
Режим ' AI А2 вм
Нормальный X X
Аварийный. X X
Рис. 10 5. Схема АРП с дизелем, маховиком и электромагнит-
ной муфтой.
А1 и •—автоматические выключатели; Д—дизель; УМ— электро-
магнитная муфта. М — маховик, СМ — сипхрониаи машина.
Схема дизельного агрегата без маховика представлена
па рис. 10-6. Запуск агрегата автоматический при исчез-
новении напряжения в течение 15—120 с в зависимости
от мощности, величина которо i достигает 1 и00 кВт. Время
работы Гр — сутки и более.
Режим А! AZ
Нормальный. X
Аварийный X
Рис. 10 6. Схема АРП с дн юл см
Л1 и ЛЗ — автоматические выключаю ш, Д — ди лет I»;
Г — генератор Переменного тока.
Современные системы автоматического управ 1ения про-
изводством ACNII с применением электронных вычисли
тельных машин ЭВМ предъявляют весьма жесткие тре-
бования к бесперебойности питания, допуская длитель-
ность перерыва питания не более 0,5 Гц или 10 мс. Обеснс
чпть но добную степень бесперебойности возможно лишь
395
применением электронной п полупроводниковой техники
с безынерционными устройствами и статическими преобра-
зователями энергии, позволяющими восстановить пита-
ние в течение 4—5 мс.
Схема АРП с применением статических преобразова-
телей показана па рпс. 10-7. Аккумуляторная батарея А Б
fl!
Рис. 10-7. Схема АРП со статическими преобразователями и
аккумуляторной батареей
Режим AI AZ АЗ
Нормальный. X X
Аварийный.
Al, А2 я Аз — автоматические выключатели; В— выпрямитель; И —
инвертор; АС — аккумуляторная батарея.
заряжается через выпрямитель В и выдает энергию через
тиристорный инвертор II в аварийном режиме.
Тиристорные инверторы для АРП выпускаются Тал-
линским заводом выпрямителей на частоту 50 и 400 Гц
при мощности до 500 кВт. Время пуска (переходного
процесса) несколько миллисекунд, Тр в зависимости
о г емкости батареи 30 мин и более.
ГЛАВА ОД И Я ИА Д ЦА ТА Я
РЕЖИМЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЕТЯХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
11-1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Прохождение реактивной мощности, пульсирующей
между источниками питания и электроприемниками, сопро-
вождается увеличением тока. Это вызывает дополнитель-
ные затраты на увеличение сечений проводников сетей
п мощностей трансформаторов, создает дополнительные
потери электроэнергии. Кроме того, увеличиваются потери
напряжения за счет реактивной составляющей, пропор-
396
циональноп реактивной нагрузке и индуктивному сопро-
тивлению, что понижает качество электроэнергии по напря-
жению.
Вследствие этого важное значение имеет компенсация
реактивных нагрузок и повышение коэффициента мощности
в системах электроснабжения промпредприятий. Под ком-
пенсацией имеется в виду установка местных источников
реактивной мощности, благодаря которой повышается
пропускная способность сетей и трансформаторов, а также
уменьшаются потери электроэнергии.
Промпредприятия потребляют значительную реактив-
ную мощность. Основные потребители, характер этого
потребления и зависимость его от уровня напряжения при-
ведены в § 5-8 и 5-9.
Энергосистемы имеют ограниченные возможности снаб-
жения предприятий реактивной мощностью, определя-
емые располагаемой реактивной мощностью генераторов.
Генераторы мощностью 100 МВт и выше имеют номиналь-
ны п коэффициент мощности 0,85 или 0,9, что соответствует
располагаемой реактивной мощности G2—48 0 активной
мощности при полной нагрузке. Если учесть потери
реактивной мощности в реакторах, трансформаторах и
ВЛ, то реактивная мощность, которую может выдать
энергосистема предприятиям в момент максимума нагрузки
системы, получается еще меньше. Для сохранения нор-,
мального напряжения при максимальной нагрузке необхо-
димо соблюдение баланса реактивных мощностей, который
достигается за счет мероприятии, снижающих потребление
реактивной мощности предприятиями от энергосистемы.
Эти мероприятия разбиваются на: мероприятия, не тре-
бующие специальных компенсирующих устройств и целе-
сообразные во всех случаях, и требующая установки спе-
циальных компенсирующих устройств для выработки
реактивной мощности.
11-2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ РЕАКТИВНЫХ
НАГРУЗОК
Снигкение потребления реактивной мощности самими
электроприемнпкамп и повышение естественного коэффи-
циента мощности могут быть достигнуты следующими
мероприятиями:
а) повышением загрузки технологических агрегатов и
использованием их но времени, сопровождающимся повы-
397
шепнем загрузки и коэффициента мощности электродви-
гателей;
б) снижением напряжения питания асинхронных двига-
телей, загруженных не выше чем на 45%, путем переключе-
ния схемы обмоток с треугольника на звезду. При этом вра-
щающий момент и активная мощность электродвигателя
уменьшаются в 3 раза, загрузка двигателя и его коэффи-
циент мощности повышаются, а потребление реактивной
мощности снижается. Такое переключение возможно прп
напряжении обмотки двигателя 660,380 В и напряжения
сети 380 В. Подобное переключение может дать значи-
тельный экономический эффект при периодическом значи-
тельном изменении нагрузки двигателя в течение суток,
паиример, по сменам;
в) установкой ограничителей холостого хода асинхрон-
ных электродвигателей; это мероприятие целесообразно
в производствах с большими длительностями межопера-
ционных периодов (работа металлорежущих станков и др.)
мри длительности пауз не менее 10 с, так как иначе потери
от частых пусковых токов сделают такие отключения
нерациональными;
г) отключением цеховых трансформаторов, загружен-
ных менее 30%, с переводом нагрузки на другие трансфор-
маторы. Если снижение нагрузки имеет место периоди-
чески, то отключение также целесообразно производить
периодически, например, в третью смену или в выходные
Дни;
д) заменой систематически недогруженных асинхрон-
ных двигателей со средним коэффициентом загрузки
менее 45% па двигатели меньшей мощности, если это выпол-
нимо ио конструктивным условиям. При загрузке 70% и
выше снижения потерь энергии может и не получиться,
так как к. п. д. двигателя тем выше, чем выше его поми-
нальная мощность. При загрузке двигателей 45—70%
необходим технико-экономический расчет целесообраз-
ности замены, в котором должны быть сравнены по при-
веденным затратам потерн активной энергии в двигателях
и питающих сетях;
е) заменой изпошенпьтх асинхронных двигателей син-
хронными. В этом случае эффект снижения реактивной
нагрузки складывается из отсутствия реактивной мощ-
ности асинхронного двигателя Qa д и появления опережа-
ющей реактивной мощности синхронного двигателя Сс.д-
Для вновь устанавливаемых механизмов, не требующих
398
регулирования и работающих в продолжительном режиме
(насосы, компрессоры, вентиляторы), рекомендуется при-
менять синхронные двигатели.
Для большинства предприятий реактивные нагрузки
получаются высокими и коэффициент мощности низким.
Характерным примером ухудшения коэффициента мощ-
ности служит изменение состава нагрузок в металлурги-
ческих предприятиях. Широкое применение систем ДГД
с ведущими синхронными двигателями ранее снимало
проблемы, связанные с компенсацией реактивных нагру-
зок, в то время как переход на питание электроприводов
от ртутных, а затем от тиристорных преобразователей
значительно увеличил реактивные нагрузки с резкомере-
менным режимом.
11-3. КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ
НАГРУЗОК
Для выбора компенсирующих устройств прежде всего
необходимо определить расчетную компенсирующую мощ-
ность (Jk в соответствии со значениями реактивной мощ-
ности, которую предприятие может получить из энерго-
системы (?сист.
«Руководящие указания по повышению коэффициента
мощности в установках потребителей электрической энер-
гии» 1961 г. задавали нормативные значения средневзве-
шенного коэффициента мощности, полученного по пока-
заниям счетчиков активной и реактивной энергппза расчет-
ный период (месяц) в зависимости от схемы электроснаб-
жения, которые предприятия должны были обеспечить:
при питании на генераторном напряжении — 0,85; при
питании от сетей 35—110 и 220 кВ с двумя ступенями
трансформации — 0,93 и при трех ступенях трансформа-
ции — 0,95. Практика показала, что при высоком зна-
чении средневзвешенного коэффициента мощности вели-
чина его чаще всего оказывается низкой в часы максимума
нагрузки энергосистемы. Это нарушает баланс реактивных
мощностей и затрудняет работу генераторов электростан-
ций, которые вследствие этого пе могут выдать полную
мощность в момент максимума. Сами предприятия в погоне
за высоким значением средневзвешенного коэффициента
мощности держат включенным компенсирующие устрой-
ства в часы малых реактивных нагрузок, что ведет к повы-
399
шению напряжения, перегоранию ламп и другим ущербам.
Кроме того, «Руководящие указания» 1961 г прп определе-
нии оптимальном мощности конденсаторов, которые необхо-
димо устанав твать в сети напряжением до 1 000 В, учи-
тывали только разницу в удельной стоимости конденса-
торов разных напряжении. Между тем при установке
конденсаторов напряжением до 1 000 В сокращается
не только мощность, а часто и число трансформаторов
Кроме того, для присоединения конденсаторов напряже-
нием выше 1 000 В требуется оборудованная линия, удель-
ная стоимость которой значительно возрастает с умень-
шением мощности батареи конденсаторов.
В переработанных «Указаниях по компенсации реак-
тивной мощности в распределительных сетях» основными
исходными данными для определения мощности компен-
сирующих устройств QK в распределительных сетях
являются предельные величины реактивной мощное!и
Осист» которые по техническим условиям могут быть пере-
даны потребителю из энергосистемы в режиме наибольших
активных нагрузок и. в режиме наименьших реактивных
нагрузок системы.
Если Ом — реактивная нагрузка предприятия в часы
максимума активных нагрузок системы, которая может
пе совпадать по времени с максимумом нагрузки пред-
приятия, а предельная величина реактивной мощности от
системы — Осист, то мощность компенсирующих устройств,
Мвар,
Ок — Ом Осист- (И'1)
Компенсирующие, устройства снижают потерн электро-
энергии и увеличивают пропускную способность систем
электроснабжения. При неравномерном суточном графике
реактивной нагрузки мощность компенсирующих устройств
должна регулироваться, так как иначе в часы минимальных
нагрузок напряжение будет повышаться, что веде г к пере-
калу ламп и другим ущербам. Па рис. 11-1 представлен
пример работы конденсаторной батареи в четырех режи-
мах — без регулирования и с различными видами регу-
лирования мощности. Из рисунка видно, что при посте
янно включенной батарее конденсаторов в ночные часы
и в обеденные перерывы получается перекомпенсация
и повышение напряжения. Таким образом, режим работы
компенсирующих устройств должен определяться нс только
за дачами снижения потерь энергии па передачу реактив-
400
нои мощности и повышения пропускной способности сетей
и трансформаторов, по также задачей поддержания опти-
мального уровня напряжения в сети.
Рис. 11-1. Графики потребляемой реактивной мощности и
компенсации ее конденсаторными установками.
а — регулирования нет, конденсаторы постоянно включены; 1 — по-
требляемая реактивная мощность; 2 — реактивная мощность, которую
компенсируют установки; 3 — реактивная мощность в результате пере-
комнгнеаппи 4 — напряжение в результате компенсации; б — одно-
ступенчатое автоматическое регулирование но времени суток; в —
одноступенчатое автоматическое регулирование по напряжению; г —
многоступенчатое автоматическое регулирование по току нагрузки.
Для компенсации реактивной мощности в промпред-
ирпягиях применяются: а) конденсаторы; б) синхронные
двигатели и хенераторы; в) синхронные компенсаторы;
401
г) компенсационные преобразователи; д) статические источ-
ники реактивной мощности (ИРМ); е) синхронные генера-
торы н двигатели в качестве синхронных компенсаторов.
При заданной мощности компенсирующих устройств
Ок в первую очередь должны быть использованы конден-
саторы (по возможности напряжением до 1 000 В, затем —
напряжением выше 1 000 В) и синхронные, двигатели;
при больших реактивных нагрузках — синхронные
компенсаторы. Ртутные и кремниевые преобразова-
тельные подстанции должны снабжаться компенсационными
преобразователями. По мере развития полупроводниковой
техники должны получить широкое применение статичес-
кие ИРМ.
В отдельных случаях прп большой неравномерности
суточного графика реактивных нагрузок на время макси-
мума возможно применение менее экономичных компен-
сирующих устройств. Например, использование синхрон-
ных генераторов местных электростанций в качестве ком-
пенсаторов, что должно быть подтверждено технико-эко-
номическим расчетом и разрешено энергосистемой.
11-4. СТАТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ
Наибольшее распространение в промпредприятпях
получили конденсаторы. Они выпускаются на напряжения
220, 380 и 660 В трехфазными и на напряжения 1,05;
3.15; 6,3; 10,5 кВ — однофазными. Мощность единицы
трехфазпых конденсаторов напряжением до 1 000 В состав-
ляет 4—50 квар в зависимости от напряжения и габарита.
Однофазные конденсаторы напряжением выше 1 000 В
имеют мощность 10—75 квар в единице. Мощность конден-
саторов пропорциональна квадрату напряжения, что сле-
дует учитывать при расчетах уровней напряжения сети
(Q = oCCZMO3 квар).
Конденсаторы включаются в сеть параллельно элек-
троприемникам, вследствие чего такая компенсация носит
название поперечной (параллельной) в отличие
от продол ьпо й, при которой конденсаторы вклю-
чаются в сеть последовательно.
Конденсаторы имеют маркировку: буква К обозначает
косинусный силовой конденсатор для повышения cos ср;
буква М обозначает пропитку минеральным маслом;
буква С соответствует пропитке синтетическим соволом;
цифрами обозначается габарит конденсатора и папряже-
402
пие. Например, КМП-0.38 — косинусный, с пропиткой
минеральным маслом, II габарита, напряжением 380 В.
Применение совола улучшает объемные характерис-
тики за счет увеличения диэлектрической проницаемости
в 2 раза по сравнению с масляной пропиткой, повышает
надежность. Недостаток Соколовых конденсаторов состоит
в необходимости иметь температуру окружающей среды
не ниже —10 С, в то время как масляная пропитка рабо-
тает при —40 °C.
Потери электроэнергии в конденсаторах составляют
4,5 Вт/квар прп напряжении до 1 000 В и 3—3,5 Вт/квар —
при напряжении 1,05 кВ и выше (0,45 и 0,3%). Поскольку
потери пропорциональны квадрату напряжения, конден-
саторы чувствительны к перенапряжениям и перегревам,
при которых опп быстрее выходят из строя.
При отключении конденсаторы сохраняют напряжение
заряда, примерно равное амплитуде напряжения сети
в момент отключения, что по условиям безопасности тре-
бует применения разрядных устройств. В качестве послед-
них при напряжениях до 1 000 В применяются лампы
накаливания (2 X 220 В в сети 380 В), а в установках
выше 1 000 В — трансформаторы напряжения.
Конденсаторы собираются в комплектные конденса-
торные установки’ККУ, собираемые в шкафах с аппара-
тами защиты и управления, измерительными приборами
и разрядным устройством. В приложении II приведены
данные таких установок на напряжение 380 В, 6—10 кВ,
50 Гц.
Па фасаде шкафа старой серии (рис. 11-2) установлены
три амперметра, сигнальная лампа, шесть ламп разрядного
сопротивления и кпопка управления. Па шкафах новой
серии дополнительно устанавливаются вольтметр и пере-
ключатель на автоматическое и ручное управление
(рис. 11-3, 11-4). Три амперметра необходимы для контроля
работы трехфазных конденсаторов напряжением до
1,05 кВ включительно, с плавкими предохранителями
внутри кожуха па каждой секции. По мере выхода из строя
отдельных секций при внутреннем пробое изоляции предо-
хранители перегорают, так что конденсаторы получаются
с «тающей мощностью», несимметричной по фазам, что
необходимо контролировать.
Описанные установки ККУ предназначены для груп-
повой компенсации реактивных на1рузок и размещаются
в цеховых сетях, если помещения цехов не опаспы по по-
403
Рис. 11-2. Внешний вид конденсаторных
устапоиок.
«-ККУ-О 38-1,6 — KhV-u,38-111 в—ККУ-о,ЗЬ-\
г — КУ-6 II. •
>ьару пли взрыву и не имеют агрессивной среды; в против-
ном с iynae ККУ устанав шваются для цент р а л и з о-
в а и и о и компенсации в электрон смещениях.
Возможна также и п д и в и д у а л ь п а я компенсация,
когда конденсаторы наглухо подключаются к обмоткам от-
дельных электродвигателей или трансформаторов и ком-
мутируются вместе с ними. Опа может применяться для
электроприводов длительного режима достаточной мощ-
Рпс. 11-3. Конденсаторная установка УК 0,38-45011.'! с левым
расположением вводной ячейки.
пости. Мощность конденсаторов в этом случае выбирается
по реактивной мощности холостого хода.
Прп люминесцентных п ртутных лампах типа ДРЛ,
имеющих соъ ф = 0,55, блок из конденсаторов подклю-
чается к автоматам групповой сети; разрядные сопротив-
ления устанавливаются на конденсаторах.
Комплектные установки КУ и КХ 116—10 кВ собираются
из однофазных конденсаторов мощностью по 25—75 квар,
соединенных в треугольник. Кроме шкафов с конденса-
торами, для групповой защиты имеется вводной шкаф
с предохранителями и двумя однофазными трансформато-
рами напряжения в качестве разрядного устройства. В
этом же шкафу размещается ошиновка схемы треугольника
для включения конденсаторов. Ячейка ввода питается
4и5
кабелем от ячейки КРУ на РП, где установлена аппара-
тура защиты, управления и измерения.
Для напряжения 35 кВ конденсаторы собираются
в последовательные группы по 7 X 3,15 или 2 X 10,5 кВ
на фазу и соединяются в звезду. Число групп берется
соответственно требуемой мощности. -
Включение и отключение конденсаторов сопровож-
дается значительными толчками токов переходных про-
цессов, что требует запаса пе менее 50% по поминальному
току авто.мата или масляного выключателя . Для полу-
Рис. 11-4. Конденсаторная установка УК-11-1200Т с вводом в сред-
нюю часть.
чепия большей мощности батареи собираются из соответ-
ствующего числа КУ и включаются одним выключателем
на РП. Если требуется ступенчатое регулирование мощ-
ности батареи, то КУ включаются отдельным выключа-
телем.
Батареи мощностью более 1 000 квар с общим объемом
масла более 600 кг требуют устройства маслосборников и
устанавливаются в специальных помещениях с вентиля-
цией, рассчитанной на отвод тепла от конденсаторов.
Предельной мощностью батарей конденсаторов напря-
жением 6—10 кВ следует считать примерно 10 Мвар,
при которой возникает необходимость сравнения вариан-
тов применения синхронного компенсатора пли конден-
саторной батареи.
406
Наряду с большими достоинствами (статические
устройства, малые потери) конденсаторы имеют следующие
недостатки:
1) зависимость мощности от квадрата напряжения, что
снижает устойчивость, а при особо неблагоприятных усло-
виях может привести к лавине напряжения;
2) сложность регулирования мощности;
3) большие размеры при мощных' батареях;
4) перегрев прп повышении напряжения и наличии
в сети высших гармоник, ведущих к выходу конденсаторов
из строя.
Для защиты конденсаторов от влияния высших гармо-
ник применяются специальные реакторы (см. § 12-4).
11-5. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ
Синхронные двигатели (СД) широко применяются
для привода технологических машин, не требующих регу-
лирования частоты вращения. Основнььи преимуществом
СД является то, что они могут работать с cos — 1,
пе потребляя реактивной мощности или с cos (р < 1, гене-
рируя опережающую реактивную мощность.
Стоимость СД, в особенности тихоходных, одинакова
или незначительно выше стоимости аналогичных асин-
хронных двигателей. Поэтому затраты на компенсацию
реактивной мощности синхронными двигателями обычно
определяются только стоимостью дополнительных потерь
активной мощности па генерацию реактивной мощности.
Эти потери зависят от типа, напряжения и мощности СД.
Потери активной мощности в синхронном двигателе
на генерацию реактивной мощности Q, кВт,
ДР=^<?+-4ег, (11-2)
чти
где Qi{ — номинальная реактивная мощность СД; Dlt
D2 — постоянные коэффициенты, зависящие от техни-
ческих данных СД, кВт; и D2iQh — удельные
потери, кВт/Мвар и кВт/Мвар2.
Если реактивную мощность Q генерируют п однотипных
СД, то общие потери активной мощности, кВт,
= п Y1 = £ Q + (11-3)
I Qh л п J
407
С уменьшением частоты вращения и номинальной мощ-
ности синхронных двигателей величины удельных потерь
значительно возрастают. Поэтому использование тихоход-
ных синхронных двигателей менее выгодно, чем быстро-
ходных.
Номинальная реактивная мощность синхронного дви-
гателя QH. нормально изготовляемого при cos ф — 0,9 (оп).
известна. Значения реактивной мощности, которую можно
получить от синхронного двигателя.зависят от его загрузки
активной мощностью и относительного напряжения на
зажимах двигателя.
Активная нагрузка синхронных двигателей опреде-
ляется так же. как п для асинхронных, по выражению
Сс.д —
где А’„ — коэффициент использования; Рн — номинальная
мощность двигателей.
Для асинхронных двигателей реактивная нагрузка
С?а.д = АИРН tg ф,
где tg <р соответствует cos ф, характерному для группы
потребителей.
Для синхронных двигателей определяется не реактив-
ная нагрузка, а максимальная реактпвная мощность,
которую СД может развить,
СТуРц tg фп
Пн
где ссм — коэффициент (обычно больше единицы); tg фн
и цп соответствуют номинальным значениям.
Со снижением номинального напряжения СД на 5%
при уменьшении его загрузки активной мощностью до
0,7 его номинальная реактивная мощность увеличивается
па 35—50%, т. е. ,осм — 1.35 ж 1,5, а при повышенпп
напряжения па 5% — только на 20—30"о, т. е. ам =
= 1,2 ж 1.3. Прп дальнейшем повышении напряжения
до 10% номинальная реактивная мощность СД не повы-
шается, а снижается.
Точные значения коэффициентов ам в зависимости or
напряжения и загрузки активной мощностью, а также
значения постоянных коэффициентов и Z), могут быть
определены по данным ВПИПЭ.
Потери активной мощности на генерацию реактивной
мощности Q синхронными двигателями, часть реактивной
408
мощности которых Qдр уже использована другими потре-
бителями,
ДР = '— + -2П^Д.Р_ Q Q\ (11-4)
Qh "Qu "Qh
Пример 111. h одной секции шин 10 кВ присоединены четыре
синхронных двпгате »я (один резервный) мощностью 1 250 кВт.
Относительное напряжение на выводах двигателей 0,95, коэффи-
циент загрузки активной мощности 0,7 и схч — 1,4.
Определить потери активной мощности на генерацию макси-
мально допустимой для лих двигателей реактивной мощности
при 1 000 и 500 об/мин. Основные технические данные синхронных
двигателей СДН 10 кВ:
Частота вращения, об/мин............ 1000 500
Qu, Мвар............................... 0,645 0.642
Dlt кВт................................. 6.77 9,08
1>2} кВт................................ 6,98 8,53
.Dx/Qh, кВт/Мвар ................... 10.5 11,1
D2 'Q^ кВт Мвар2 ................. . 16,7 20.8
Решение
1. Максимальная реактивная мощность трех синхронных
двигателей
QM=3-1,4-0,642=2,7 Мвар.
2. Потери активной мощности па генерацию реактивной мощ-
ности [по выражению (11-3)]:
при 1 000 об/мпн
APx = 10,5-2,7+-^--2,72 = 69 кВт:
при 500 об/мин
90 8
ДР2=14,1 • 2,7 + -=^--2,72 = 90 кВт,
т. е при 500 об/мпн расход активной мощности на генерацию мак-
симальной реактивной мощности на 30 % выше по сравнению с син-
хронными двигателями 1 000 об/мпн.
Использование синхронных двигателей только для
компенсации допускается, в виде исключения, по
специальному разрешению энергосистемы, так как
удельные потери активной мощности па 1 квар полу-
чаются весьма высокими. Действительно, синхронные
’ двигатели при переходе в режим синхронных компенса-
торов, т. е. для выработки только реактивной мощности,
за счет размагничивающей реакции якоря нс могут выдать
свою поминальную мощность в киловольт-амперах в виде
чисто реактивной. Предельная реактивная мощность СД
составляет только 0.6—0,8 полной мощности в киловольт-
амперах в зависимости от конструкции машины.
409
Например, у рассмотренного в примере 11-1 синхрон-
ного двигателя мощностью 1 250 нВт, 1 000 об/мин с номи-
нальным коэффициентом мощности 0,9 и к. п. д. 0,944
при полной активной нагрузке удельные потери активной
мощности в нормальном режиме равны 22,5 Вт па 1 квар
вырабатываемой реактивной мощности, которые обуслов-
лены только повышенным током возбуждения ротора.
При переходе в режим синхронного компенсатора этот
двигатель сможет вырабатывать только около 900 квар
реактивной мощности, при полных потерях около 75 кВт,
или 85 Вт/квар, что явно неэкономично. Подобное исполь-
зование СД может быть допущено как вынужденная
мера на период максимума реактивных нагрузок при дефи-
ците реактивной мощности в системе.
Если предприятие питается от близлежащей электро-
станции, в особенности при питании генераторным напря-
жением, необходимо проверить, какую реактивную мощ-
ность можно получить от генераторов. В этом случае
затраты на компенсацию будут определяться только сто-
имостью дополнительных потерь в генераторе на генера-
цию реактивной мощности по выражению (11-4). При этом
должна быть учтена предварительная нагрузка генерато-
ров реактивной мощностью (?др, получаемой другими
потребителями, а также потери в сети при передаче реак-
тивной мощности предприятию.
Таблица 11-1
Тпп Номиналь- ное напряженно, кВ Поминальная мощность Номи- нальный коэффи- циент мощности кВт Di, кВт
активная. мВт реактив- ная, Мвар
Турбогенераторы с воздушным охлаждением
Т-2-6-2 6.3—10.5 6 4.5 0,8 9,5 11,9
Т-2-12-2 6,3—10,5 12 9.0 0,8 18,5 30.6
Т-2-25-2 6 3—10,5 25 18.0 0.8 38,7 57.2
Т-2-50-2 6,3—10,5 50 31,0 0,85 36,7 62,1
Турбогенераторы с водородным охлаждением
ТВ-2-30-2 6,3—10.5 30 22.5 0,8 41 63,4
ТВ-50-2 6,3—10.5 50 37,5 0.8 51 75,1
ТВ-60-2 6,3—10.5 60 45,0 0,8 64 107
ТВ-2-100-2 6.3—10.5 100 62,0 0.85 76 116
ТВ-2-150-2 6,3—10,5 150 72,5 0,9 98 86,5
410
Значения коэффициентов Dx и D2 для турбогенераторов
приведены в табл. 11-1.
Использование генераторов местных электростанций
только для компенсации, как и синхронных двигателей,
допускается в редких случаях по специальному разреше-
нию энергосистемы.
11-6. СИНХРОННЫЕ КОМПЕНСАТОРЫ
Синхронный компенсатор представляет собой специаль-
ную синхронную машину, предназначенную для выработки
или потребления реактивной мощности и не несущую
механической нагрузки, кроме покрытия механических
потерь на вращение. При воздушном охлаждении компен-
саторы имеют марку КС п при водородном — КСВ. Син-
хронные компенсаторы в основном применяются в сетях
энергосистем на районных подстанциях и служат для регу-
лирования напряжения. В часы малых реактивных нагру-
зок они работают с отстающим коэффициентом мощности
в качестве потребителей реактивной мощности, что необ-
ходимо для поддержания режима работы генераторов
станций с нормальным возбуждением по условиям устой-
чивости. Основные технические данные синхронных ком-
пенсаторов приведены в табл. 11-2.
Таблица 11-2
Тип Мощность, Мвар Напряже- ние, нВ Частота вращения, Об/JDllI к Потери
опере- жающая отстаю- щая кВт %
КС-5000 5 2.5 6.3 п 10,5 1000 160 3.2
КС-7500 7.5 3,75 6.(5 и 110 1 000 185 2.47
КО10000 10 5 6,6 п 11 750 225 2,25
КС-15000 15 7,5 6,(5 п 11 750—1 000 300 2,0
КС-30000 30 10 11 750 580 1.94
КСВ-37500 37 5 18 11 750 550 1.47
КС В-50000 45 23 11 750 760 1.(59
КС В-100000 100 45 11 750 1 350 1.35
КСВ-160-15 1(50 80 15.75 7 750 1 750 1.095
Синхронные компенсаторы с водородным охлаждением
устанавливаются на открытом воздухе (рис. 11-5). Пуск
реакторный пли с помощью разгонного двигателя. Как
видно из таблицы, удельные потери активной мощности
411
па 1 квар у них значительно выше, чем у копденса
торов.
Основные достоинства синхронных компенсаторов:
1) широкое регулирование реактивной мощности с перехо-
дом в отстающую; 2) возможность быстродействующего
регулирования в импульсном режиме; 3) более компактная
установка по сравнению с конденсаторной батареей,
не требующая закрытого помещения при водородном
охлаждении.
К недостаткам синхронных компенсаторов следует
отнести: 1) наличие вращающихся частей; 2) значительные
Рис. 11-5. Открытая установка синхронного компен-
сатора KCB-5U0U0.
потери активной мощности; 3) сложные условия пуска
при больших мощностях.
На «ремпредприятиях применение синхронных компен-
саторов оправдывается лишь при значительных реактив-
ных нагрузках на напряжении б—10 кВ, особенно при
переменном графике пагрузкп, включая резко переменный
режим (прокатные станы, дуговые электропечи).
В отличие от синхронных двигателей и генераторов
при определении затрат па использование предприятием
реактивной мощности синхронного компенсатора необхо-
димо учитывать пе только потери активной мощности,
определяемые по выражению (11-4), и потери холостого
хода, но и стоимости установки и эксплуатации синхрон-
ного компенсатора.
412
11-7. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Прогресс в области преобразовательной техники, выра-
зившийся в переходе от машинных преобразователей
с синхронными двигателями к статическим ртутным и
полупроводниковым, осложнил электроснабжение этих
установок, которые из генераторов реактивной мощности
превратились в потребителей ее. Поэтому возникла проб-
лема создания преобразователя, который бы пе потреблял
реактивной мощности. Идея такого преобразователя бы ia
Рис. 11-6. Нришиишалышя схема компенсационного преобразова-
теля с двойной частотой
высказана еще в 1937 г. [Л. 11-7), но практическая реали-
зация его была выполнена позднее группой ученых Киев-
ского политехнического института. Эта работа, полу-
чившая название «Схемы КПП», была удостоена Ленин-
ской премии в 1962 г.
На рпс. 11-G представлена принципиальная схема
компенсационного преобразователя. В отличие от обычной
схемы здесь со стороны катодов вентилей имеется трех-
фазный уравнительный реактор УТРМ, к которому подклю-
чены соединенные в треугольник конденсаторы. Периоди-
чески заряжаясь и разряжаясь, эти конденсаторы создают
Дополнительное напряжение трансформатора, заставля-
ющее Ток переходить на очередную фазу раньше, чем это
413
Рис 11-7. Ли псиные диаграм-
мы компеисацноппого агре-
гата.
а — фазные напряжения и тон в
первичной обмотке трансформатора;
б — результирующий ток и напря-
жение конденсаторов.
произошло бы при отсутствии конденсаторов. Ток конден-
саторов имеет двойную частоту, вследствие чего эту схему
ппогда называют «схемой двойной частоты».
При отсутствии конденсатора ток возникает в момент,
когда напряжение Ua = Ub и Uab — 0 (рис. 11-7). Прп
наличии конденсатора, напряжение U(. и ток ?с которого
показаны на рис. 11-7, б, ток возникает при U =
т. с. раньше с опережением на угол а. В результате пре-
образователь генерирует компенсирующую мощность ()кп.
При увеличении нагрузки
преобразователя увеличива-
ется напряжение конденса-
тора Uс п угол а смещается
в сторону опережения. Таким
образом, величина (7КП про-
порциональна коэффициенту
загрузки и на холостом ходу
<2кп — 0. Максимальное зна-
чение ограничивается пре-
дельным значением а около
35 , превышение которого
может привести к повтор-
ному зажиганию дуги и на-
рушению режима работы.
Конденсаторы, работающие
здесь с двойной частотой, во
избежание перегрева должны
работать при напряжении,
попижепном в | 2 раз.
В установках компенса-
ционных преобразователей
хорошо зарекомендовали себя конденсаторы для продоль-
ной компенсации типа КПМ-0,6-50-1, более устойчивые
припсрепапряжениях,чем обычные конденсаторы для повы-
шения коэффициента мощности. Компенсационный пре-
образователь может работать с коэффициентом мощности,
близким к единице, и даже с опережающим.
Показателем эффективности описанной схемы служит
коэффициент эффективности
7ГВф = ^-^2,5ч-3,1.
ЧГКОНД
показывающий, что схема дает компенсирующую мощность,
414
в 2,5—3,1 раза превышающую номинальную мощность
использованных в схеме конденсаторов.
Применение компенсационных преобразователей по
схеме КПП целесообразно во всех случаях, однако такой
преобразователь существенно отличается от обычного;
необходимы повышенная изоляция вентилей от рамы,
трехфазный уравнительный реактор и другое оборудова-
ние, требующее для размещения дополните явных площа-
дей. Поэтому при установке нескольких преобразователей
компенсационным выполняется один (редко два), что
Рпс. 11-8. Принципиальная схема компенсационного преобразо-
вателя с тройной частотой.
бывает достаточным для экономичной работы преобразова-
тельной иодстапцип.
Кроме описанной схемы с двойной частотой, разрабо-
тана схема с тройной частотой тока конденсаторов [Л.11-7].
В этом случае конденсаторы подключаются к нулевым
точкам прямой и обратной звезды, что наиболее удобно
в старых установках и с отдельно стоящим уравнительным
реактором КРОМ п трансформатором типа ТМР (рис. 11-8).
Имеются примеры успешной эксплуатации компенсаци-
онных преобразователей в подобных установках, в которых
ртутные вентплп заменены кремниевыми. В этой схеме
необходимо иметь первичную обмотку трансформатора
ТМРУ по схеме треугольника, так как при схеме звезды
415
возникает однофазный поток вынужденного намагничива-
ния, вызывающий перегрев стали магнитопровода. Рабо-
чее напряжение конденсаторов в этой схеме должно быть
в 1,5 раза ниже номинального.
Схема с тройной частотой при переменной нагрузке
может работать с повторными зажиганиями, или удвоением
импульсов тока. При коэффициенте эффективности 2
эта схема успешно применяется при тяговой нагрузке
jaa электрических железных дорогах.
Описанные компенсационные преобразователи выпол-
няются при нулевой схеме выпрямления с ртутными и
кремниевыми вентилями. При мостовых схемах выпрямле-
ния компенсационные преобразователи пока не приме-
няются, но исследования в этой области продолжаются.
11-8. СТАТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ (ИРМ)
Принцип работы ИРМ состоит в том, что выпрямленным
током преобразователя индуктивность (реактор или дрос-
сель с железом) заряжается магнитной энергией, которая
инвертируется в сеть переменного тока с опережающим
коэффициентом мощности. Имеется ряд схем ИРМ, разрабо-
танных в Московском энергетическом институте [Л. 11-11].
На рис. 11-9 приводится блок-схема ИРМ на тиристорах,
разработанного в Горьковском политехническом инсти
туте и принятого к серийному производству на заводе
«Электровыпрямитель» [Л. 11-8].
Для получения 12-фазной пульсации выпрямленного
тока напряжение сети подается через согласующий транс-
форматор СТ' (рис. 11-9, а) и два мостовых управляемых
тиристорных выпрямителя на обмотку дросселя или через
фазосдвигающий трансформатор ФСТ па два таких выпря-
мителя, работающие на две независимые обмотки дросселя
(рис. 11-9, б) Отппранпе тиристоров происходит левее
естественной точки коммутации на угол а, близкий к 90
и ИРМ выдает в сеть реактивную мощность
(?ирм = ]/3 Wsintp,
где U — линейное напряжение, кВ; I — ток основной
гармоники; ср = а — 90° эл.
Мощность может регулироваться в преде fax 30-1
с временем переходного процесса один период, т. е. регу-
41b
дарование весьма быстродействующее. Мощность ИРМ
зависит от допускаемого тока тиристоров и напряжения
сети. Опытный образец из типовых тиристоров при напря-
жении в сети 380 В имел мощность 250 квар. Потери х.х.
^ВкВ ^пАкВ
Рис. 11-9. Принципиальная схема ИРМ на тиристорах
прп 12-фазных пульсациях.
V п г ' — токи мостов; — ток первичной обмотки фазосдвигаю-
щего трансформатора; г12 — линейный ток первичной обмотки
фазосдвигающего трансформатора; i — общий ток.
составляют 1 кВт, а при нагрузке 3 кВт, или 12 Вт/квар,
т. е. 1,2%. К недостаткам данного ИРМ относится иска-
жение кривой тока, величина которого получается в допус-
тимых пределах при 12-фазной схеме выпрямления; коэф-
фициент искажения v = 0,985.
11-9. ПЕРЕДАЧА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПО СЕТП
Передача реактивной мощности по сети (линия, транс-
форматор) сопровождается потерями. Если по сети, имею-
щей реактивную нагрузку (%p, необходимо передать
дополнительно реактивную мощность Q, то дополнитель-
ные активные потери в сети, кВт
дрс = (2<?дР<?+<?2)5-10-3, (Н-5)
<11
где Un — поминальное напряжение сети (линии, трансфор-
матора), кВ; гс — активное сопротивление сети, Ом.
14 Мукосеев Ю, Л. 417
Если реактивная нагрузка сети Q (линии, трансформа-
тора) за счет компенсации уменьшится на величину Qth
то уменьшение активных потерь, кВт,
-kP = (2QQE-Q^ IO 3. (11-6)
При установках конденсаторов в сетп напряжением
до 1 000 В удобно общее активное сопротивление отнести
к сопротивлению соответствующего трансформатора, Ом,
гс = гт + гэс = ^гт,
где гт — сопротивление трансформатора, приведенное к
вторичному напряжению, Ом; г!С — эквивалентное сопро-
тивление сетп за трансформатором, Ом; кт = (rT-f- гос)/гт—
отношение суммы сопротивлений трансформатора и сетп
к сопротивлению трансформатора.
Изменение потерь реактивной мощности определяется
по аналогичным формулам, в которых активные сопротив-
лепия заменяются реактивными.
При передаче реактивной мощности необходимо учиты-
вать потери реактивной мощности в сети, реакторах и
трансформаторах, так что источник должен генерировать
мощность yQ, где у = 1 + — (AQ —
потери реактивной мощности в сети, равные приблизи-
тельно 5%).
дополнител ьные
11-10. МЕТОДИКА ВЫБОРА СПОСОБА КОМПЕНСАЦИИ
РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ
Реактивную мощность потребляют электроприемники
напряжением выше 1 000 В ((?вн) и электроприемники
напряжением до 1 000 В (<2нн)- Общая реактивная нагрузка
предприятия, требующая компенсации,
(?к = йвн(?вн +&нн(?нп- (И-')
Коэффициенты А?вн и &нн 1 учитывают, что в ряде
случаев можно ограничиться частичной компенсацией,
в особенности реактивной нагрузки электроприемпиков
напряжением выше 1 000 В.
Условия выбора способа компенсации реактивных
нагрузок электроприемпиков напряжением до 1 000 В и
выше различны, так что его целесообразно рассматривать
раздельно. При этом возникают следующие варианты:
418
1. Синхронные двигатели отсутствуют.
Определить мощность конденсаторов, которые необхо-
димо установить в сетях напряжением до 1 000 В и выше.
2. Синхронные двигатели напряжением выше 1 000 В
имеются, но их реактивная мощность псдостаточна для
необходимой компенсации реактивных нагрузок предпри-
ятия. Необходимо выяснить, где выгоднее дополнительно
устанавливать конденсаторы в сетп напряжением до или
выше 1 000 В.
3. На предприятии работают синхронные двигатели
напряжением 6—10 кВ, реактивная мощность которых
достаточна для компенсации реактивных нагрузок пред-
приятия; необходимо решить, выгодно ли использовать
реактивную мощность этих СД также для компенсации
реактивной нагрузки электроприемпиков до 1 000 В.
4. Предприятие питается от электростанции при гене-
раторном напряжении; необходимо определить реактивную
мощность, которую выгодно получить от генераторов
станции, и как компенсировать остальную реактивную
нагрузку предприятия при отсутствии и наличии синхрон-
ных двигателей.
Все эти вопросы решаются путем сравнения приведен-
ных затрат на генерацию и передачу реактивной мощности
для каждого варианта г; руб/год,
Зг = 3!0 + За<? + Зи>С2, (11-8)
где 3i0 — рК0 — постоянная составляющая затрат, пе зави-
сящая от генерируемой мощности (Ко — стоимость линии
для присоединения батареи конденсаторов 6—10 кВ,
регуляторов пт. п.); , 3i2 — удельные затраты на 1 Мвар
и 1 Мвар2 генерируемой мощности; р — отчисления от
капитальных вложений 1\0.
Для источников реактивной мощности (например,
кондепсаторов), для которых приведенные затраты не зави-
сят от второй степени (?,
31 = 3Й + 3Ц(2. (11-9)
При двух источниках реактивной мощности, для кото-
рых приведенные затраты определяются по выражениям
(11-8) - и (11-9), мощность, соответствующая, минимуму
приведенных затрат, Мвар:
для первого источника (например, синхронных двига-
телей)
Д11 (11И0)
Д2
14*
419
для второго источника (например, батареи)
е«=^-<2с.д, (и-li)
где 5К1, Зс.д1 — удельные приведенные затраты (для кон-
денсаторов и синхронных двигателей), зависящие от первой
степени Q, руб Мвар; Зс_д2 — удельные приведенные за-
траты (для синхронных двигателей), зависящие от второй
степени Q, руб Мвар2.
Если одна из величин реактивной мощности, определен-
ная по выражениям (11-10) и (11-11), незначительна, то
используется только другой источник или последний срав-
нивается с возможным третьим источником реактивной
мощности.
Если приведенные затраты по сравниваемым п вариан-
там зависят от Q и (?2,то мощность, соответствующая ми-
нимуму приведенных затрат, Мвар,
(11-12)
где Л — множитель Лагранжа.
п
Z =-----”* . (11-13)
1
’(2
(Z = l, 2, 3, ... n; <? = £&)
i = i
Если реактивная мощность передается предприятию
но сети, то должны также учитываться приведенные
затраты, связанные с увеличением или уменьшением потерь
активной мощности в линиях п трансформаторах по выра-
жениям (И-5) и (11-6). Кроме того, необходимо учитывать
дополнительные затраты, например, на усиленно линии
п др.
Прп определении математического минимума функции
затрат 3 постоянные составляющие, которые могут ока-
зать решающее влияние на выбор варианта, пропадают.
Кроме того, при значительном изменении реактивной мощ-
ности приведенные затраты часто меняются на величину,
находящуюся в пределах точности экономических расче-
тов. Поэтому при выборе оптимальной реактивной мощ-
ности для каждого варианта нельзя ограничиваться на-
хождением математической точки, соответствующей ми-
420
нимуму приведенных затрат. Последние необходимо опре-
делять для нескольких точек, расположенных в обе сто-
роны от минимума. При окончательном рсшенпи должны
учитываться также постоянные составляющие затрат и тех-
нические преимущества.
11-11. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ
ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 000 В
Значительными потребителями реактивной мощности
в большинстве предприятий являются электроприемники
напряжением до 1 000 В, так что средства компенсации,
в частности конденсаторы, по возможности, должны, уста-
навливаться в той же сети. Аналогично для синхронных
двигателей средней мощности, изготовляемых на напря-
жения 6 000, 660 и 380 В, рекомендуется принимать на-
пряжение 660 или 380 В.
Применение тиристорных ИРМ не рассматривается,
так как серийно они пока не выпускаются. Их использо-
вание будет целесообразно для установок с резко перемен-
ной нагрузкой, поскольку тиристорные ИРМ допускают
широкую и быстродействующую регулировку.
От реактивной нагрузки элсктроприемников напряже-
нием до 1 000 В зависит выбор числа и мощности цеховых
трансформаторов, пропускная способность питающих и
распределительных сетей и в значительной степени схема
электроснабжения промпредприятия. Поэтому выбор
средств компенсации реактивных нагрузок от электро-
приемников напряжением до 1 000 В должен рассматри-
ваться одновременно с определением числа и мощности
трансформаторов, числа и пропускной способности питаю-
щих линий.
Мощность конденсаторных батарей, устанавливаемых
в сетях до 1 000 В, должна быть кратной мощности типовых
комплектных конденсаторных установок (ККУ).
При выборе степени компенсации выгодно добиваться
сокращения числа трансформаторных подстанций, в осо-
бенности комплектных (КТП), так как с уменьшением
только единичной мощности трансформатора стоимость
подстанций снижается незначительно.
С уменьшением числа трансформаторов сокращаются
потери холостого хода; нагрузочные потери в каждом
трансформаторе несколько возрастают, но во всех транс-
форматорах полные потери также снижаются. Активные
421
потери в сети в этом случае могут несколько возрасти,
но общие активные потери в трансформаторах и сети прак-
тически не меняются. Поэтому при технико-экономических
расчетах изменение активных потерь в трансформаторах
в связи с сокращением их числа может не учитываться.
Число трансформаторов которое требуется при пол-
1 А
пои компенсации, увеличивается на — 1 при
отсутствии компенсации. Так, если при cos ср = 0,7
и полной компенсации достаточно установить девять
трансформаторов, то при отсутствии компенсации необ-
ходимо установить на четыре трансформатора больше,
т. е. 13.
С приближением к nv мощность конденсаторов, которая
требуется для сокращения числа трансформаторов, зна-
чительно возрастает, в особенности для сокращения послед-
него трансформатора, т. е. с (п0 + 1) до п0. Так, при —
— 9, чтобы сократить число трансформаторов с 13 до 10,
т. е. на 3 трансформатора, необходимо компенсировать
только половину всей реактивной нагрузки, а для сокра-
щения последнего трансформатора — вторую половину,
что в большинстве случаев невыгодно.
Полная компенсация может потребоваться для обеспе-
чения режима напряжений или может оказаться выгод-
ной, если конденсаторы могут быть установлены не на под-
станции, а в сети за большим активным сопротивлением.
При полной компенсации приведенные затраты
^П. II = (Р-ЙГк.Н Т У^Рк.п) (?п.н = 31н(?п.Н> (11-14)
где р = 0,223 — годовые отчисления от стоимости конден-
саторов; /ГКН|ДРКП — стоимость и активные потери кон-
денсаторов до 1 000 Б, тыс. руб/Мвар, кВт/Мвар; у —
стоимость потерь, тыс. руб/(кВт-год); QnH — полная
реактивная нагрузка от электроприемпиков до 1 000 В,
Мвар; 31н — удельные приведенные затраты, тыс.
руб/Мвар.
При частичной компенсации, т. е. при числе
трансформаторов тц > п0, мощность конденсаторов, кото-
рые необходимо установить, может быть приближенно
определена но выражению [Л.11-4]:
(и-15)
где nL — фактическое число устанавливаемых трансформа-
торов; tg ф — соответствует cos ср до компенсации.
422
Приведенные затраты при частично и компенсации
3q ц — Р A?/Arp 4" (11-16)
где Атр — стоимость трансформатора, включая стоимость
линии для его присоединения, тыс. руб.; Дп = щ — nG —
число устанавливаемых трансформаторов сверх минималь-
ного числа w0.
Если по условиям электроснабжения требуется допол-
нительная установка конденсаторов, то необходимо про-
верить, где выгоднее их устанавливать: в сети напряже-
нием до 1 000 13 за большим активным сопротивлением или
в сети выше 1 000 В. Последнее может оказаться выгод-
ным, когда батарея конденсаторов должна быть установ-
лена для компенсации реактивной мощности также элект-
роприемников напряжением выше 1 000 В.
Если число цеховых трансформаторов по условиям
электроснабжения но может быть сокращено, то при тех-
нико-экономических расчетах необходимо учитывать
уменьшение активных потерь в трансформаторах и вторич-
ной сети.
Пример 11-2. Реактивная нагрузка предприятия 9 Мвар. Для
питания электроприемников 380 В, нагрузка которых 5 МВт и
5 Мвар, прп отсутствии компенсации требуется пять комплект-
ных подстанций с двумя трансформаторами 1 000 кВ *А в каж-
дой. По заданию энергосистемы должно быть компенсировано
6 Мвар.
Выбрать оптимальный способ компенсации при следующих
данных: А’тр = 17 тыс. руб.; Ак.в = 6 тыс. руб/Мвар, Акн — 12 тыс.
руб/Мвар; у = 0,05 тыс. руб/(кВт -год); ДРк.в = 3,5 кВт/Мвар;
ЛЛ’к.м = 4,5 кВт/Мвар; р = 0,223; cos <р = 0,7.
Решение
1. Удельные приведенные затраты на установку конденсато-
ров: t
выше 1 000 В
Sib = 0,223 • 6-|-0,05 • 3,5 = 1,5 тыс. руб.
до 1 000 В
31н=0,223 • 124-0,05 • 4,5 = 2,9 тыс. руб.
2. Минимальное число трансформаторов (при коэффициенте
загрузки 0,7)
3. Приведенные затраты при полной компенсации реактивной
нагрузки до 1 000 В
31п=5 • 2,9 = 14,5 тыс. руб.
423
ft. При частичной компенсации устанавливаются восемь транс-
форматоров, так что требуемая мощность конденсаторов [но выра-
жению (11-15)]
1 - / 8~2
Qk.h = 5 1 "у —11 = 2,7 Мвар.
Принимаем для каждого из восьми трансформаторов установку
ККУ 2 X 150 квар, а всего 2,4 Мвар.
5. Дополнительно должны быть скомпенсированы 6,0—2,4 —
= 3,6 Мвар, из которых конденсаторы мощностью 2,6 Мвар могут
быть приняты на напряжение до 1 000 В или выше, а конденса-
торы мощностью 1 Мвар только напряжением выше 1 000 В.
Приведенные затраты:'
а) при полной компенсации на вторичной стороне трансформа-
торов
Зх = 5-2,9+ 0,223-3+1-1,5 = 16,67 тыс. руб.
б) при частичной компенсации на вторичной стороне трансфор-
маторов
32=2,4-2,9 + 0,223 (17 + 3)+3,6-1,5 = 16,82 тыс. руб.
(17,0 тыс. руб. стоимость одного комплектного трансформатора,
3,0 тыс. руб. — стоимость линии для присоединения батареи кон-
денсаторов выше 1 000 В).
Так как в обоих случаях приходится устанавливать батареи
конденсаторов напряжением до 1 000 В и выше, а при восьми транс-
форматорах имеется возможность на каждой из четырех КТП
устанавливать по два трансформатора, более целесообразной яв-
ляется не полная, а частичная компенсация и установка восьми
трансформаторов.
Если на предприятии работают синхронные двигатели
6—10 кВ, то их реактивная мощность, оставшаяся после
компенсации реактивной нагрузки электроприемпиков
того же напряжения, должна быть по возможности исполь-
зована для компенсации реактивной нагрузки электро-
приемников напряжением до 1 000 В. Установка конден-
саторов напряжением до 1 000 В в этом случае будет вы-
годна, если сокращается число трансформаторов, если
реактивная мощность синхронных двигателей недостаточна
для компенсации всей реактивной нагрузки или конденса-
торы могут быть установлены в сети за большим активным
сопротивлением.
Приведенные затраты при передаче реактивной мощ-
ности синхронных двигателей через трансформаторы,
число которых по сравнению с частичной компенсацией
па вторичной стороне трансформаторов увеличивается
на Д?г,
= р ДиА'тр + у ДРд, (11-П)
424
где ДРд__потери в синхронных двигателях по выражению
(Ц-4), кВт.
' Затраты по выражению (11-17) сравниваются с затра-
тами, получаемыми при установке конденсаторов до
1 000 В и сокращении числа трансформаторов до /г0 + 1,
Ч. Н - 3iuQv. н-
(11-18)
Пример 11-3. Данные то же, что в примере 11-2, но к топ же
секции шин 1^ присоединены шесть рабочих синхронных двига-
телей 1,25 МВт, 1 000 об/мни «?н = 0,645 Мвар; ам =1,4; 1)г =
= 6 77 кВт; Z)2 = 6,98 кВт). Требует компенсации реактивная
нагрузка 5 Мвар.
Решение
1. Максимальная реактивная мощность, которую можно полу-
чить от синхронных двигателей:
фд.’м = 1,4 • 6 • 0,645 = 5,4 Мвар.
2. Чтобы сократить число трансформаторов с 10 до 8, необ-
ходимо установить конденсаторы до 1 000 В общей мощностью
2,4 Мвар, так что приведенные затраты
Зч. н = 2,4 • 2,9 = 7 тыс. руб.
Прп использовании 2,4 Мвар реактивной мощности син-
хронных двигателей в сети напряжением до 1 000 В (2,6 Мвар ис-
пользуются для компенсации реактивных нагрузок от электропри-
емников выше 1 000 В) активные потери по выражению (11-4):
6,77 . 2 • 6,98 • 2,6 \ 9 . 6.98 9/8_™г ,,
Л-Рд— л г/-—1---л г/-2 7* 2,4+ Л л.д 2,4 —оЗ,о кВт
0,64э 0,64.эа-6 OjbAo'2 • о
и приведенные затраты, включая затраты на установку двух транс-
форматоров,
3Л=0,223 - 2-17 + 0,05 - 53,5 = 10,3 тыс. руб.
т. с. на 10,3 — 7,0/7,0 • 100 = 47% выше.
Передача реактивной мощности от синхронных дви-
гателей 6—10 кВ в сеть напряжением до 1 000 В, как
правило, оказывается невыгодной, если при уста-
новке конденсаторов до 1 000 В можно сократить число
трансформаторов или значительная часть реактивной
мощности этих СД уже используется в сети того же на-
пряжения.
Невыгодно также получать реактивную мощность от
генераторов ТЭЦ, если прп установке конденсаторов на-
пряжением до 1 000 В сокралцается число цеховых транс-
форматоров.
425
11-12. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ
ЭЛЕКТРОПРИЕМПИКОВ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 000 В
После выбора коп щнсаторов напряжением до 1 000 В
и мощностей трансформаторов ТП определяются расчетные
реактивные нагрузки на напряжении выше 1 000 В. В пих
входят нескомпенсированные реактивные нагрузки в сетях
до 1 000 В, реактивные потерн в трансформаторах ТП
и реактивные нагрузки электроприемников и преобразо-
вателей тока и частоты напряжением выше 1 000 В. Реак-
тивные нагрузки синхронных двигателей и компенса-
ционных преобразователей учитываются со знаком минус.
Полученная таким образом расчетная реактивная
нагрузка соответствует наиболее загруженной смене пред-
приятия, время которой может не совпадать с периодом
максимума нагрузок энергосистемы. Поэтому в соответ-
ствии с характером суточного графика нагрузки предприя-
тия определяется снижение полученной максимальной
реактивной нагрузки QM в период максимума нагрузки
энергосистемы до величины
При отсутствии или недостаточной мощности синхрон-
ных двшателей для компенсации устанавливаются бата-
реи конденсаторов на напряжение «ыше 1 000 В, кото-
рые присоединяются к каждой секции шин 6—10 кВ.
Если к секции присоединены работающие синхрон-
ные двигатели, то их реактивную мощность необходимо
полностью использовать для компенсации. Если же
реактивная мощность синхронных двигателей недостаточна
для компенсации, то требуется дополнительная установка
батареи конденсаторов.
Если к секции шин напряжением выше 1 000 В при-
соединены несколько групп разнотипных синхронных дви-
гателей, то необходимо решить, как должны быть исполь-
зованы реактивные мощности каждой группы двигателей.
Прп определении приведенных затрат необходимо также
учитывать стоимость потерь в линиях и трансформаторах,
связанных с передачей реактивной мощности.
Пример 11-4. Выбрать способ компенсации реактивной нагрузки
2,7 Мвар электропрпемппков 10 кВ. К этой же секции присоеди-
нены трп работающих синхронных двигателя 1 250 кВт, 500 об мин
(см пример 11-1). Данные конденсаторов 10 кВ: стонмост» —
8 тыс. руб./Мвар, потери 3,5 кВт/Мвар, стоимость одной лппип для
присоединения конденсаторов к шинам 10 кВ — 3,0 тыс. руб-,
стоимость потерь активной мощности 0,05 тыс. руб./(кВт-год),
годовые отчисления от капитальных вложеппп 0,223, отн. ед-
426
решение
1 Приведенные затраты, тыс. руо.:
а для конденсаторов (по выражению (11-9)]
5К = 0,223 • 3,0+ (0,223 - 8,0 + 0,05 3,5) Q = (0,67+1,96 Q);
б) для синхронных двигателей 1 000 об/мин [по выражению
(1+8)]
Зд= 14,
1Q + ++ 0,05 = (0,705Q4-0,347QS).
О
2. Реактивная мощность синхронных двигателей, для которой
приведенные затраты будут минимальными [по выражению (11-10)],
1,96— 0,705
^^“2+,347 = 1’
Мвар,
так что мощность багарел конденсаторов
QK = 2,7 —1,8 = 0,9 Мвар.
3. Приведенные затраты прп частичном использовании реак-
тивной мощности синхронных двигателей
Зк=0,705-1,8+ 0,347-1,83+ 0,67+ 1,96 0,9 = 4,9 тыс. руб.
4. Прп полном использовании реактивной мощности синхрон-
ных двигателей
= 0,705-2,7+ 0,347-2,72=4,42 тыс. руб.,
т. е. на 11% меньше.
Таким образом, в рассматриваемом случае выгоднее полное
использование реактивной мощности тихоходных синхронных дви-
гателей.
Установка батареи конденсаторов была бы необходима в том
случае, когда максимальная реактпвная мощность синхронных дви-
гателей была бы ниже реактивной нагрузки, требующей компен-
сации, так что требовалась бы дополнительная установка батареи
конденсаторов.
Пример 11-5. К одной секции топи 10,0 кВ непосредственно
присоединены две группы по три рабочих синхронных двигателя
1 250 кВт, 1 000 и 500 об/мип (см. пример 11-1). Реактивная мощ-
ность от элсктропрнемнпков 10 кВ, требующая компенсации,
1,0 Мвар. Определить, какую реактивную мощность выгодно полу-
чать от каждой группы синхронных двигателей.
Решение
1 Приведенные затраты, тыс. руб.:
а) для синхронных двигателей 1 000 об/мин
Зд,= W.5Q++^<2а';0,05 = (0,525Q + 0,277 Q2);
б) для синхронных двигателей 500 об/мин [по примеру 11-2]
3Д2 = (0,705 Q + 0,347 Q-).
427
2. Множитель Лагранжа [по выражению (! 1-13)]
Х«=
0,515 0,705
+ 0 277 " "0,347
1 4- 1
0,277 + 0,347
-1,77.
3. Оптимальная реактивная мощность для каждой грушщ
синхронных двигателей
1 77—0 525
<Zll° 9 0 977 а2>3 м,“‘р;
л 1,77 — 0,705 . _ ..
Рд-зв 2-0 347 Мвар.
Таким образом, от двигателей па 1 0t 10 об/мпн выгодно полу-
чить в 1,5 раза больше реактивной мощности, чем от двигателей
im 500 об/мпн.
Если реактивная мощность синхронных двигателей должна
передаваться по сети, то необходимо также учитывать затраты па
передачу згой мощности.
При QK 10 Мвар необходимо рассмотреть вариант
установки синхронных компенсаторов и сравнить г го ио
приведенным затратам с вариантом установки кон еиса-
торных батарей.
При наличии резко переменных реактивных нагрузок
напряжением выше 1 000 В уста па впивают! я специаль-
ные синхронные компенсаторы с быстродействующим регу-
лирование м мощности.
11-13. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНДЕ1К АТОРОВ В СЕТИ
После того как определена оптимальная мощность кон-
денсаторов, которые необходимо установить на предприя-
тии или в отдельном узле схемы электроснабжения, необ-
ходимо конденсаторы распределить в сети. Распределение
конденсаторов производится исходя из максимальною
снижения потерь активной мощности от реактивных
токов н увеличения пропускной способности сетей, или же
из экономии в проводниковом материале, числе и мощности
цеховых трансформаторов.
Конденсаторы напряжением выше 1 000 В могут быть
установлены в одном месте па ГПП или па отдельных PII.
при этом, кроме спила ним потерь, доджей быть обеспечен
лучший режим напряли пни.
428
Конденсаторы напряжением до 1 ООО В устанаплпва-
ffl пя цеховых подстанциях и присоединяются непосргд-
•твенпо к вторичной стороне каждого трансформатора,
в сети У групповых пунктов пли у отдельного мощного
пекгропрпемника с продолжительным режимом работы.
При распределении конденсаторов в радиальной сети
для каждого f-ro радиуса сети учитываются его нагрузка
(?iH 11 сопротивление питающей липни /?р Оптимальное
Питание D Rt3
*71
я»
8 R„
*г
Лг
Я
7Г
а,
Ок!
Рис. П-10. Расчетная схема магп-
стральпоп сети с конденсаторами.
распределение конденсаторов, обеспечивающее минимум
потерь, получается при
Нк (@Н1 @1 1) в (@Н2 @ю) =
В; = -<?-«) = «?..- Син) (1Ы9)
где @н — общая расчетная реактивная нагрузка, квар;
— эквивалентное сопротивление всех п радиальных линий.
Соответственно определяются мощное!и конденсаторов
па каждом пункте:
К* = (@ц. — @11 — @icu) д* .
При магистральной схеме питания с сосредоточенными
нагрузками Q2, @3 (рис. 11-10), питающимися через
отпайки с сопротивлениями /?р //2, /?3, ..., задача сводится
к Постепенному расчегу уз юв магистрали как двух ра-
диусной схемы. В точке 2 получается два радиуса: Q{
у сопротивлением (/?! + Нп) и @2 с сопротивлением Вг-
Эквивалентное сопротивление, Ом,
. (КН К„) К,
"" - /G + /G+/G1'
429
Условие оптимальной мощности конденсаторов О
П QK2 "
(<?1 - <?.ч) (Я,+Ян) - (<?2 - <?к2) Я, = (<?12 - т?;,
где
<212 — (?1 ~Ь Qi п (?И2 = (?К1 + (?К2-
В точке 3 получаем также два радиуса. Для участка
1—3 эквивалентное сопротивление Н22 = ^12 + ^э, на-
грузка (?12 = Qj + Q2 и мощность конденсаторов QK1 =
= (?К1 + 0к2«
Второй радиус — <?з, Оь-з и #з- Аналогично записыва-
ется условие оптимального распределения конденсаторов
((?3 Окз) — (<212 — 0к12 Кэ = (0123 - 0м2з) ,
где
0123 = 01 4~ Q-2 + Оз,
0i:i23 = 0к1 + 0к2 “Г Окз^
Р' _ ^^22
э _Л3-Ь/?22-
Следующий узел 4 рассчитывается аналогично и т. д.
Полученные в расчетах мощности Ок следует округлять
до номинальных значений мощностей ККУ, а при расчет-
ных значениях, значительно ниже минимальных мощностей
ККУ, конденсаторы не устанавливаются.
При схеме питания в цепочку (например, силовых пунк-
тов) величины сопротивлений ответвлений R1 = R2 —
R:i — ... — Rn — 0; подставляя эти значения в формулу
(11-15), получаом:
(01 — Oki) = 0 илп 01 — Oki-
Далее аналогично (при R2 = R3 = 0) получим 0г —
= 0l 2 П Т. Д.
Распределение конденсаторов следует производить в та-
ком порядке; если 0к 01, то всю мощность конденсато-
ров целесообразно установить в точке 1; если 0к > 01,
то остаток 0к — 01 распределяется но следующим точкам
по тому же принципу.
При равномерном распределении реактивной пагрузкп
вдоль магистрали шинопровода максимальное снижение
потерь от реактивной нагрузки получается при установке
конденсаторов вблизи конца шинопровода на расстоянии
при котором реактивная нагрузка равняется <2 к.2
(рис. 11-11, а). В этом случае на участке длиной (по
направлению к источнику питания) будет иметь место
430
ерекомпепсация, однако общее уменьшение реактивной
°- гпузкм будет максимальным по сравнению со всеми
Другими вариантами размещения конденсаторов.
Рис. 11-11. Графическое определение места
присоединения конденсаторов при равномер-
ной нагрузке шинопровода.
а — присоединение в одной точке; б — присоедине-
ние в двух точках.
Разбивка конденсаторной мощности на две установки,
размещаемые по тому же принципу (рис. 11-11, б), приведет
к дальнейшему сокращению потерь в шинопроводе, однако
делить установку па три части и более не рационально.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
РЕЖИМЫ НАПРЯЖЕНИЙ В СЕТЯХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
12-1. ОТКЛОНЕНИЯ II КОЛЕБАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
Изменения нагрузки вестях сопровождаются изменения-
ми напряжения, которые разделяются на о т к л о не н и я,
происходящие медленно и на длительные периоды, и на
431
к о лебания, возникающие быстро и на короткий перво
Колебания характеризуются частотой, обычно числом ко-
лебаний в час.
Величина отклонения при рабочем значении напряже-
ния в данной точке сети U и номинальном Ua
v = 100 %-
Колебания напряжения Vt определяются разностью
между наибольшим Z7MaItc и наименьшим С7М1Ш напряже-
ниями в процессе достаточно быстрого изменения режима
(не мепее 1% в секунду)
У »." 100»Л
Согласно ГОСТ 13109-67 отклонения напряжения до-
пускаются в пределах на зажимах приборов рабочего
освещения от —2,5 до +5°о номинального; на зажимах
электродвигателей и пусковых аппаратов от —5 до +10%;
на зажимах остальных электроприемников в пределах
+5%. В послсаварийпых режимах допускается дополни-
тельное понижение напряжения нгт 5%.
Многочисленные обследования действующих предприя-
тий показывают, что фактические отклонения напряжеппя
достигают величин +15%, что наносит значительный ущерб
народному хозяйству.
Для количественного критерия качества напряжения
французским инженером П. Айере предложены вероятност-
ные методы с использованием нормального закона распре-
деления отклонений как случайной величины. Поскольку
большинство электропрпемнпков потребляют мощность
пропорционально квадрату напряжения, то им предложено
определять качество последнего по величине квадрата
среднеквадратичного отклонения напряжеппя за период
времени Т, названного автором метода неодина-
ковостью напряжения А’, (%)2,
Лг = (Гс.к)2 = ^ _( vtdt,
&
где Vt — (Ut — UH) Uа — отклонение напряжения в мо-
мент t, отн. ед.
Величина неодинаковости напряжения имеет размер-
ность процент в квадрате. Единица неодинаковости
432
a
л пли 1/10 000. Например, при неодинаковости
2^ /%)2 квадрат относительных отклонений 25/10 000,
^°самм отклонения 5/100, или 5%.
а Для анализа режимов напряжения в электросетях
пимепяются специальные статистические анализаторы
напряжения, позволяющие измерять квадрат среднеквад-
ратичного отклонения (FCK)2 и величины среднего значе-
ния отклонения напряжения, %, за время Г:
т
TZ 100 с Т7
Fcp — \ Vt dt.
ft
По этим данным может быть определена дисперсия
случайной величины, характеризующая меру отклонения
от среднего значения случайной величины:
o2 = (Fc.K)2-(Fcp)2.
По полученным измерениями величинам cr2, (Fc к) 2
и Fcp можно определить вероятность превышения задан-
ных пределов отклопейия, пользуясь таблицами нормаль-
ной функции распределения (интеграла вероятности)
[Л. 10-2].
Статистический анализатор качества напряжения
САКН завода Латвэнерго имеет восемь счетчиков, каждый
из которых фиксирует за период 0,5—1 мин попадание
измеряемого напряжения в определенный разряд (интер-
вал) напряжений Щ — Uiu. Если число попаданий
в данный разряд составляет то вероятность попадания
в г-й разряд Pi — rijn-i, где ях — общее число замеров
по всем разрядам.
Для облегчения расчетов рекомендуется нумеровать
разряды таким образом, чтобы ближайший к середине
1гмел нулевой номер, слева от пего отрицательные, справа—
положительные номера Кг, напрпмер:
—4 —3 —2 —1 0 4-1 4-2 4-3
bU6 Ы/, bUs
Подсчитывается вспомогательная величина
8
2 РгКг
~л 1
433
ее дисперсия
8
ЕЛ*?-*
1________
Л 2
и по ним находятся: математическое ожидание отклонения
6tZ = 6C/04-At74,
где bU0 — значение &U для Kt — 0;
стандарт отклонения, В,
(т = ДСП
дисперсия отклонения, В2,
Z) = n2
и неодинаковость напряжения, В2,
N = а2 +
Пример расчета. Принимаем А Гу — 5 В, 6U0 = 2,5 В Ре-
зультаты замеров сведены в табл. 12-1.9
100 - 3-Ь130 • 2 + 980 • 1-}-900-0 +
+ 600 (_ 1) + ЮО (- 2) + 70 (- 3)
Л---------------2 880-----------= 0,184;
100 • 9+130 4 + 980 • 1 +900 • 0 +
+ 600-1+100-4 + 70-9-0.184* „ ,
D* -------------2 88(Г----------- = 1Л
Математическое ожидание отклонения
W = bU0 + MJA = 2,5 + 5 - 0,184 = 3,42 В.
Таблица 12-1
№ разряда ГТ- г дсг. п. г Ki
8 237.5 17.5 100 3
7 232.5 12.5 130 •)
6 227.5 7.5 980 1
5 222.5 2.5 900 0
4 217.5 —2.5 600 —1
3 212,5 —7.5 100 2
2 207.5 —12.5 70 —3
1 202.5 —17.5 — -
Всего замеров....................2 880
434
Стандарт отклонения
<r = At7]/Dj = 5] 1,4 = 5,9 В.
Дисперсия отклонения
2V = O2 = 5,92 = 35 иг.
Неодинаковость напряжения
Лт = q2 + 602 = 35 + 3,422=46,7 В2,
пли в (°о)2
«7 1002 = 9,9 (%Л
2202
Вероятность попадания в
7
диапазон 210— 230 В
• - 3
210-230 — ,
/г2
980 + 900 + 600 + 100
= 0,9-90%
2 880
Для промпредприятмй закон распределения отклоне-
ний недостаточно исследован и имеются примеры, когда
они пе подчиняются нормальному закону. В этом случае
указанные статистические анализаторы напряжения могут
давать погрешности.
Наиболее чувствительны к отклонениям напряжения
лампы накаливания. Па рис. 12-1 представлена зависимость
мощности, светового потока и срока службы ламп от уров-
ня напряжения сети. Как видно, световой поток резко
падает при снижении напряжения, что и обусловило
нижний предел допустимого отклонения напряжения —
2,5 о; повышение же напряжения до — 5% (допустимое
по ГОСТ) сокращает срок службы лампы в 2 раза. Обсле-
дование работы ламп накаливания на Московском авто-
заводе имени Лихачева показывает, что в течение года
лампы в ряде цехов меняются 9 раз. При нормальном числе
часов горения ламп для двухсменной работы (2 100 ч)
фактический срок службы ламп 243 ч против нормы
1 000 ч, или 24%. Исследования втпяпия отклонений на-
пряжения па работу электропрнемников установили зна-
чительные ущербы, вызываемые отклонениями напряже-
нии от номинального [Л. 12-3].
Основными электроприемниками в промышленности
являются асинхронные двигатели, и значительный инте-
рес представляют изменения активных потерь и потребле-
ния реактивной энергии в двигателях в .зависимости от
Уровня напряжения. Исследования показали, что при
435
уровнях напряжения в пределах дк5% работа самого
асинхронного двигателя находится в зоне оптимальных
показателен; для некоторых типов двигателей онтима (ьпый
режим может оказаться при пониженном напряжении
ровепь напряжения влияет па частоту вращения асищ
хронпых двигателей в зависимости от кратности максщ
мального момента • Л/манс и коэффициента загрузки К
Зависимость частоты вращения асинхронного двигателя
при К3 = 1 и ЛД1акс. — 2 следующая:
Напряжение, % .... 80 90 95 100 105 ПО
Скольжение, % ... . 3.6 2,5 2.2 2 1.7 1.5
Изменение частоты вра-
щения, %............—1,63—0,5 —0,2 0 Н-0,3 4-0.5
Как видно, частота вращения асинхронного двигателя
регламентированного диапа-
мало изменяется в пределах
зона отклонении напря,пе-
ния по ГОСТ. Однако в
производствах, в которых
объем выпуска продукции
прямо пропорционален ча-
стоте вращения двигате-
лей, уменьшение выпуска
продукции даже на 0.2%
при снижении па пряже-
ния на 5°6 может создать
значительный ущерб пред-
приятию. Зависимость та-
кого ущерба от уровня
напряжения называется
э к о и о м и ч е с к о й
характерно тикон
качества нанря-
Рпс. 12-1. Зависимость основных
характеристик ламп накаливания
от отклонений напряжения V.
1 — световой поток F; 2 — световая
отдача я: 3 — мощность Р; 4 — сред-
* $
пий срок службы Т (в процентах).
ж е н и я.
Например, исследова-
ния работы автоматов для
накатки резьбы [Л. 12-2]
показали, что при сниже-
нии напряжения на 10 о
производительность авто-
мата ниже плановой, а при повышении напряжения более
чем на 5°о качество ухудшается, продукция получается
второго сорта. Оптимальные пределы напряжения у дв»'
гателя автомата — 100—105% номинального.
436
Весьма чувствительны к отклонениям напряжения
ТЬ1 электронной и тиристорной автоматики, что
ЭЛ ываег необходимость применения для них местных
гтабилпзаторои напряжения.
Эчектротехпологические установки, производитель-
ость которых пропорциональна квадрату напряжения,
более чувствительны к качеству напряжения. Исследова-
ния, проведенные ЛИОН [Л. 12-4], показали следующие
величины ущербов от некачественного напряжения.
' При среднем отклонении напряжения 3,86 ?о номиналь-
ного на установке электропечей для плавки цветных ме-
таллов общей мощностью 280 кВт был получен перерас-
ход энергии 65 000 кВт-ч. год.
При отклонении напряжения на 2,87% в цехе горячей
вулканизации обувной фабрики получается брак, а откло-
нения 1—2% ведут к изменению температуры нагрева
и заде ряже в выпуске продукции, что дало бы ущерб
более 1 млп. руб /год, если быпе были приняты меры для ав-
томатического терморегулирования и местного регулиро-
вания напряжения у прессов.
Понижение напряжения на 6—7% на электропечах
отжига цветных металлов мощностью 3 х 225 кВт привело
к перерасходу электроэнергии 270 тыс. кВт-ч год п удли-
нению технологического процесса.
В производствах радиоламп отклонение напряжения
±2% вызывает брак в работе тренировочных аппаратов
до 21,6%, с ущербом до 8 862 руб год, для устранения ко-
торого требуется установка стабилизаторов напряжения
у этих аппаратов.
В установках машин контактной сварки цепей ограни-
чение колебаний напряжения с ztzl5 до d~5% приводит
к убыстрению цикла сварки цепей и повышению произво-
дительности на 6%.
В установках электролиза алюминия необходимо под-
держание постоянства тока в серпп ванн. При незначитель-
ных отклонениях тока от номинального возникает ущерб,
накапливающийоя в процессе непрерывного производства
До 535 руб. в сутки для серии 150 кА [Л. 12-4].
В производствах диафрагмеппого электролиза хлора
отклонения напряжения в сети в пределах ±5°о вызывают
нарушения нормальной работы отдельных технологических
Цехов и снижают производительность предприятия в целом.
Указанные примеры свидетельствуют о необходимости
Уделять серьезное внимание поддержанию оптимальных
437
Пределов отклонении напряжений. В первую очередь
следует выделить особо чувствительные к отклонениям
напряжения установки обычно небольшой мощности Д
автоматика, КИП и т. гг. и обеспечить их местным^
стабилизаторами ферромагнитного или тиристорного
типа. Массовое применение таких стабилизаторов нед0,
пустимо, так как они создают реактивные нагрузки
которые могут резко ухудшить общий режим напряжения
в сетях.
При отсутствии экономических характеристик каче-
ства напряжения необходимы мероприятия по поддержа-
нию уровней напряжеппя, регламентированных ГОСТ
Если экономические характеристики качества напряже-
ния известны, то пределы отклонения напряженпя должны
соответственно корректироваться.
Допустимые колебания напряжения в сети, создавае-
мые резко переменными нагрузками па зажимах освети-
тельных ламп и радиоприборов (электронной автоматики),
по ГОСТ 13109-67 в зависимости от частоты их повторений
где п — число колебаний в час; Л/ — средний за час интер-
вал между последующими колебаниями, мип.
Для отдельных установок с резко переменными нагруз-
ками (например, для сетей металлургических заводов
с прокатными станами) допускаются колебания напряже-
ния до 1,5% номинального при любой частоте.
Для остальных электропрпемппков колебания напря-
жения не нормируются. Между тем для любой силовой
цеховой сети, в которой работают магнитные пускатели
и станции управления, колебания напряженпя должны
быть не ниже 85% номинального напряжения, так как
иначе произойдет массовое отключение магнитных пуска-
телей и контакторов. При резко переменных нагрузках
в сетях 6—10 кВ (дуговые электропечи, прокатные станы,
экскаваторы) колебания напряжения могут вызвать ка-
чания синхронных двигателей вплоть до выхода пз син-
хронизма. Возможны значительные колебания напря-
жения при пуске н самозапуске мощных трехфазных дви-
гателей.
Поэтому необходимо анализировать возможные толчки
нагрузки и предусматривать меры к ограничению их влнЯ-
нпя на работу других потребителей.
438
9 СРЕДСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ
^" промышленных ПРЕДПРИЯТИЙ
диализ средств регулирования напряжения удобнее
его провести из рассмотрения общей формулы напряже-
ния У электроприемпика U2 в зависимости от напряжения
генератора Uly добавочного напряжения создаваемого
иегулпрующпми устройствами, и потери напряжения,
обусловленной активной нагрузкой Рм, реактивной QM,
активным сопротивлением сети R и реактивными Хс
В рамках указаны номера перечисленных нпжо средств
регулирования, воздействующих па тот или иной члеп
формулы.
1. Регулирование напряжения гене-
раторов. Для промпредприятий может иметь место
лишь при наличии собственной 1ЭЦ. При полной нагрузке
и номинальном коэффициенте мощности напряжение ге-
нераторов может регулироваться в пределах ±5%, при-
чем необходимо учитывать условия устойчивости генера-
торов и обеспечения самозапуска двигателей собствен-
ных нужд.
2. И з ме нс ние коэффициента транс-
формации трансформаторов. Трансформа-
торы ГПП, как правило, снабжаются устройством авто-
матического регулирования напряжения под нагрузкой
АРЦЦ). РУ G-10 кВ ГПП в этом случае выполняют роль
точки централизованного регулирования напряжения,
иределы регулирования напряжения с помощью АРПП
439
трансформаторов класса напряжения 35 кВ установлен^
± (6 х 1,5%) для мощности до 6,3 МВ • А и _С (8 х 1,5%\
для мощности 10 МВ -Ли выше. Для трансформаторов кла ~
са НО кВ мощностью 6,3 МВ - А и выше пределы регулиро-
вания ±(9 х 1,78%). На цеховых ТП применяются транс-
форматоры с переключением без возбуждения (ПБВ)
с пределами регулирования ±(2 х 2.5%).
3. Вольтодобавочные трансформа-
торы типа ВРТДНУ применяются на подстанциях энер-
госистем и включаются в нейтраль обмотки ВII трансфор-
матора и автотрансформаторов напряжением 150—500 кВ.
4. Линейные р е г у л я т о р ы (т р а н с ф о р м а-
т о р ы) типа ЛТМ 400/10—ЛТМ630/10 — ЛТМ1600/10
проходной мощностью 400, 630 и 1 600 кВ-А с пределами
автоматического регулирования напряжения +4 х 2.5%
и — 2 х 2,5% включаются последовательно в сетях
6—10—35 кВ. Для глубокого регулирования напряжения
в установках электролиза при пуске серий в работу приме-
няются автотрансформаторы типа АТМН с регулировкой
под нагрузкой. Для лабораторных, испытательных и тому
подобных установок выпускаются регулируемые автотранс-
форматоры типов АОСК, АТСК и АТМК с подвижной
катушкой, изменяющей индуктивную связь между обмот-
ками. Они имеют ограниченную мощность 10—100 кВ-А
и в распределительных сетях не применяются.
5. И п д у к ц и о н п ы е регуляторы или
потенциал- регуляторы в виде механически
заторможенного асинхронного двигателя служат для
плавного регулирования напряжения в установках потре-
бителей небольшой мощности (3—500 кВ - А) при напряже-
ниях 380 и 6 000 В.
6. Бесконтактные автоматические
регуляторы напряжения с помощью управ-
ляемых тиристоров, в которых напряжение регулируется
только в сторону ограничения повышения или с регули-
рованием вверх и вниз от номинала, рекомендуются для
осветительных сетей. Они пока серийно электропромыш-
ленностью не выпускаются. Их достоинства состоят в вы-
соком к. н. д. и надежности работы бесконтактных эле-
ментов, но они генерируют высшие гармоники.
7. Синхронные двигатели, создающие
при перевозбуждении компенсирующую мощность (%,
что снижает реактивную потерю напряжения, которая
регулируется изменением величины QK.
44Q '
S. Параллельно
п е н с а т о р н ы е бага
в к л
Р е и,
ю ч е п п ы е
QK которых
к о п -
ре гул и-
9. Синхронные к
нсаторы
лИруемоп реактивной мощностью ± QK.
10. К о м и е н с а ц и о н н ы е преобра
компенсирующей мощностью QK n.
а
с регу-
зова-
тел и с
с т
мощности с регулируемой (2ирм-
12. Се
с о п р о т
К.П’
т и ч е с к и е источники реактивной
и с минимальным
в л е н и е м — воздушные
реактивным
линии с расщеп-
о м п е
т
и
е) °')
Рис. 12-2. Векторная диаграмма напряжений
линии электропередачи.'
а — без конденсаторов; б — при последовательном вклю-
чении конденсаторов.
ленными фазами, кабельные сети и шинопроводы со спа-
ренными фазами.
13. Продольная компенсация с после-
довательным включением конденсаторов, уменьшающих
величину индуктивного сопротивления xL.
14. Сдвоенные реакторы, дающие повышен-
ное напряжение в одной ветви при увеличении тока
в Другой.
Все средства регулирования по п. 1—12 уже описаны,
поэтому остановимся на двух последних.
Принцип работы установки продольной компенсации
(УПК) поясняет векторная диаграмма рис. 12-2. При на-
личии в сети только активного Rv и индуктивного xl
сопротивлений напряжение U2 уменьшается за счет паде-
441
ппй напряжений — ангинного /.2/?j и индуктивного / х
В этом случае /’.2 •< Г,; (fa < Ч i 11 \l Z71 — G.2>(j’
II{hi включении в цепь последовательно емкое ruunj
сонрогивденим .гс получается третье падение напряжет^
/2.гс, направленное противоположно падению напряжения
Елец. Пэ векторной диаграммы рис. 12-2, б видно, что
величина /.2тс может быть подобрана таким образом, что
вектор I 2 будет равен вектору I \ или даже больше его
т. е. Д£/ = 0 или Д£/ < 0.
Величина тс выбирается в зависимости от потери напри-
ження без ПК WJ%, допустимой потери напряжения
А^доп0*)» поминального напряжения Uu, тока нагрузки
/м и sin q2, Ом:
Гп(дг7%-дг/доп%)
Тс =----------------.
100 | 3 /м sin qa
Допустимый ток конденсаторов выбирается но току
в сети /ы.
Основное достоинство УПК состоит в автоматическом
регулировании напряжения особенно при резко переменной
нагрузке. Ее применение наиболее эффективно при боль-
шом индуктивности сети и низком значении cos q нагрузки.
Второе достоинство состоит в том, что при одинаковом
регулирующем эффекте мощность конденсаторов УПК
получается в 4—6 раз меньше, чем мощность обычной
конденсаторной батареи поперечном компенсации, вы-
бранной только для регулирования напряжения.
Третье достоинство — применение конденсаторов, рас-
считанных только па перепад напряжения Лгс. Поэтому
корпус конденсаторов УПК должен изолироваться от земли
на соответствующее рабочее напряжение сети. Вывод
одного из полюсов конденсатора может быть сделай не-
посредственно на корпус банки, что улучшает охлаждение
конденсатора.
К недостаткам установок УПК относятся резонансные
явления, сопровождающиеся возникновением в сстя<
субгармоник. Последние бывают асинхронные, появляю-
щиеся при пуске асинхронных двигателей па промежуго4'
пых частотах вращения, и ферромагнитные — при вклю*
чении мощных трансформаторов без нагрузки. Субгармо-
нпки вызывают качания числа оборотов двигателей, мн г®'
ние света, ненормальное гудение трансформатора.
Второй недостаток состоит в недопустимости сквознЫ-
токов к. з., которые приведут к недопустимому повышенна
442
ппря<кепия па зажимах конденсаторов /1<3хс = At/KJ,
н несколько раз большему номинального, с выходом кон-
"енсатора из строя.
Трети» недостаток состоит в общем повышении уровня
токов к- 3- ” ссти вследствие нейтрализации части индук-
тивного сопротивления. Устранение второго и третьего
вс {остатков достигается применением для защиты конден-
са то ров б ы с г ро де й с г в у ю щи х р аз ря д н и к о в.
Отмеченные обстоятельства требуют применения для
УПК специальных конденсаторов, допускающих краг-
Рн<- (2 3 Схема установки продольно емкостной
компенсации УИК.
л'с — конденсаторы: НЦ1 — шунтирующее сопротивление но
типу крановых. ИР — искровой спекающийся разрядник,
Р — руле еигпя.ти ниши срабатывания искрового разряд*
пика, ТП—трансформатор напряжении; МН—масляный
выключите я»; Р, — шинный рвзъеднцитель; Р. /’, п Р* —
разъединит**ЧП для ввода и вывода из работы УПК.
ьопрехюпныо перенапряжения — 5-кратпыо за 0,2
* .•> кратные за 10 мин; 1,25-кратные до 4 ч и 1,1-кратные
’ b i ел ыю.
На рис. 12-3 приведена схема У НК, примененная па
’’дном заводе для питания 3(> сварочных машин общей мощ-
р'СТ1,,<’ 0,1 МВ . Д с доно л нител in oil силовой нагрузкой
° кВт. Колебания напряжения в сети 380 В за трансфор-
’’«iTopoM, 1 800 кВ- Л достигали 30% ( 1 15%) номнналь-
Н’Пм Установки УПК с пятью конденсаторами
_ • 1-0,6-50 1 на фазу со стороны 6 кВ трансформатора
'° 1(1 ,н,я напряжения сократились до 5% (рис. 12-1).
ц 11,11 >К< ,,лУпта,1’||| установки УПК показал, что нрнме-
piiie «спекающегося» разрядника, шунтирующего кондеп-
1РЫ при сквозных тиках к. з., является достаточно
413
быстродействующей защитой для конденсаторов, Цо
шунтирования которых разрядником к. з. в цепи отключ^
ется масляным выключателем, как обычно. Шунтируют '
сопротивление, величина которого принимается (6 е
устраняет возможные резонансные явления, затухающа’
за время 0,25—0,5 периода.
Устранение колебаний напряжения ускорило процесс
сварки, что дало повышение производительности на 6%
Таким образом, применение УПК для электросваро^
ных нагрузок вполне себя оправдывает. Следует отметить
что применение поперечной компенсации в данном слу^
неприемлемо, так как при провалах нагрузки получается
перекомпенсация, сопровождающаяся усилением коле-
бании напряжения.
Рпс. 12-4. Диаграмма напряжения на вторичной стороне
трансформатора подстанции.
Продольная компенсация применяется и для спокой-
ных нагрузок мощных ферросплавных электропечей, где
ее назначение — компенсировать высокое индуктивное
сопротивление короткой сети, затрудняющее подвод актив-
ной мощности к электродам при токах в десятки кило-
ампер [Л. 11—10]. Поскольку непосредственное включение
конденсаторов на 0,6 и 1 кВ в короткую сеть привело бы
к необходимости установки слишком громоздкой батареи,
включение конденсаторов производится через трансфор-
матор. Для этой цеди применяются, например, однофаз-
ные трансформаторы типа ОСУ-1000/10 напряжением
10 0,067 кВ, мощностью 1 000 кВ - А, включаемые стороной
низшего напряжения последовательно по два в фазу
короткой сети; к стороне высшего напряжения подключа-
ются конденсаторы УПК (рис. 12-5, а). Подобная установка
на ферросплавной печи типа РКЗ-16,5 с конденсаторам11
КПМ-1-50-1, работающая при напряжении 4,5 кВ, повы'
сила коэффициент мощности печи с 0,80—0,83 до 0,9-"^
0,93. Одновременно па 10—12% повысилась произвол11'
тельпость печи, а сдельный расход электроэнергии свй
зился па 5—8%.
444
Пля более мощных печей подобная установка получа-
я слишком громоздкой; в этом случае печной трансфор-
эШолнястся с дополнительной обмоткой, в которую
Малючаются конденсаторы (рис. 12-5, б). Прп двухступен-
В ой трансформации УПК включается между главным
^ансформатором 110—220 10 кВ и печным траисформа-
тпоом* питающим электроды (рис. 12-5, в).
Т Предложенное автором 1Л. 12-6] применение сдвоен-
щдх реакторов (рис. 12-6) для стабилизации напряжения
А X
/I X
А X
Рис. 12-5. Схемы включения УПК для ферросплавных печей.
и — включение в короткую сеть через разделительный трансформатор; б
включение в короткую сеть через разделительный трансформатор и дополни-
тельную обмотку главного трансформатора; в — включение межд> главным
и печным трансформаторами; 1 — главный трансформатор; 2 — раздешгель-
в й трансформатор" 3 — печь; 4 — конденсаторы УПК; 5 — печной трансфор-
матор.
прп питании дуговых печей основано на том, что магнит-
ные поля в обеих вегвях реактора направлены встречно
и при одинаковой нагрузке ветвей = Ц дают минималь-
ную потерю напряжения в каждой ветви, определяемую
по формуле (при sin (р 1, что имеет место при экептуа-
тнционных к. з. в печи)
l\L i = 7р'Гр — = AZ7о = *^Р’
где — коэффициент связи магнитных потоков, равный
°,5-0,6.
445
Если ток 72 во второй ветви будет больше тока /
то величина A77t может получиться отрицательной т ь
будет имен, место повышение напряжения в первой веТв^‘
Это повышение напряжения будет частично компенснп ’
ван. потерю напряжения в сосредоточенном реактнщ10
< опрошвлснпи трансформатора ГПП, в результате цСГо
напряжение на ветви с силовой и осветительной нагрузку
будет колебаться в Допустимы*
пределах — 1,5% с любой ча-
стотой.
Па машиностроительном за.
воде но проекту на ГПП
установлены трансформаторы
мощностью по 31,5 МВ-А
со сдвоенными реакторами
Р В АСМ-6-2 х2000-10 на вы-
ходе. Имеющиеся на заводе
десять дуговых печей мопцю-
сгью по 2,8 МВ-А были рас-
пределены по всем четырем
секциям (> кВ I ПН. В резуль-
тате в заводской сети наблюда-
лись значительные колебания
напряжения, вызывающие ми-
гание ламп и отключение снят
ройного двигателя мощностью
1 500 кВт. После реконструкции
схемы электроснабжения пита-
ние дуговых печей было вере-
веде по па одну ветвь сдвоенных
реакторов по пять печей на
секцию; остальная нагрузка была переведена па другие
ветви реакторов, питающие стабилизированные секции-
Колебания напряжения на последних резко сократились
и нс выходят пл нормативов.
Следует отметить, что применение расщепленных обме-
ток трансформаторов ГНИ пр дает стабилизирующего эф-
фекта, нискольку обе обмотки имеют одинаковые паправ-'Н-'
ния магнитных нолей.
Сдвоенные реакторы должны применяться для нрнг0<‘*
дннепия мощных трехфазных двигателей, при пуске кото-
рых напряжение на шипах не должно быть ниже напряже-
ния, при которых остальные электроприемпнки не отклю-
чаются, а напряжение на выводах пускаемого двигателя
446
быть выпи' напряжения, допускаемого конст-
"у,'цие'й лпшакм».
I’J Л 1Я компенсации резко переменных реактивных на-
’зок могут быть использованы синхронные двигатели
Г^особепно синхронные компенсаторы с быстродепствую-
uiiiM возбуждением.
Пример использования синхронных двигателей для
коМ11епсации резко переменных реактивных нагрузок нри-
Риг. 12-7. Блок-схема компенсации роаконсремонпых реак-
тивных нагрузок с помощью синхронных двигателей.
,,(‘Ден на блок-схеме рис. 12-7 завода [Л. 11-91. В прокатном
Ле\г имеются блюминг с ионным приводом и три синхрон-
ных двигателя для приводов других прокатных станов,
^хема работает в функции |м»актпв11он нагрузки на входе
н 1 а б кВ цеха. Сигнал от трансформаторов тока 5 и на-
иря/кения 6 ввода подается на фазочувствителыкм» устрой-
ство Ф11У-1 (7), которое выдает сигналы через магнитные
Килитсли 8 на злектроманшнпые усилители ЭМУ (.9),
Управляющие возбудителями В (10). Одновременно нода-
е1Ся сигнал через ФЧУ-2 (12) от трансформаторов тока
417
сппхроппых двигателей 7/, работающих на прока S
в прерывистом цикле. КУ
Если в данный момент синхронный двигатель загруг
активной нагрузкой, то сигнал на ЭМУ от ФЧУ-1 С1/'е1
ется, а при холостом ходе пропускается, благодаря це1а'
этот синхронный двигатель получает импульсное возбу ?
дсние и компенсирует реактивную нагрузку.
Описанная схема даже с электромашинным возбужде
нием работает успешно, снизив колебания напряжет/
с +5 4- 7 до zt 3%. 4
Наиболее эффективным получается применение спе-
циальных синхронных компенсаторов с быстродействую-
щим ионным или тиристорным возбуждением, позволяю-
щим получать скорость нарастания реактивной мощности
до 600 Мвар/с и уменьшения до 500 Мвар/с. Такие компен-
саторы за рубежом применяются в установках прокатных
станов, дуговых электропечей и других потребителей
с резко переменной нагрузкой. В СССР разрабатываются
аналогичные установки [Л. 12-8].
Существуют также схемы, в которых предлагается
быстродействующее регулирование мощности конденса-
торных батареи. В этих схемах мощность батареи запира-
ется применением управляемых индуктивностей, подмаг-
ничиваемых реакторов или регулированием напряжения
на зажимах батареи.
Схема с подмагничиваемым реактором представлена
на рис. 12-8. Управляемый реактор с вращающимся маг-
нитным полем 7, состоящий из трехфазной обмотки, зало-
женной в цилиндрический магнитопровод аналогично ста-
торной обмотке, и торроидалыгой обмотки управления
подмагничиванием постоянным током, подключен парал-
лельно батарее конденсаторов 2. При отсутствии подмаг-
ничивания реактор имеет максимальную индуктивность,
поглощающую реактивную мощность батареи, и в сеть
реактивная мощность не выдается. При намагничивании
магпптопровода индуктивность реакторе! снижается и при
полном насыщении получается минимальной, что соответ-
ствует максимальной выдаче реактивной мощности от^оата-
реи конденсаторов в сеть.
Блок-схема с вентильным регулированием напряжении
па конденсаторной батарее представлена па рис. 1^'*'*
Батарея разбивается на две секции 7 и 2, подключаем
к сети через вентильные блоки управления 3 и 7 и
через трансформаторы 5 и 6' к сети. Трансформаторы пне
448
не схемы включения оомоток для подавления почет-
Раз гармоник. Автоматический регулятор мощности 7
йЫ т сигнал на блок управления 8, который управляет
Екиганием вентилей. Последние обеспечивают быстро-
действующее регулирование 1™—~ “
выдаваемой батареей кондеи-
Рис. 12-8 Схема ре-
гулирования мощно-
сти кондеисаторпои
батареи с помощью
управляемого реак-
тора.
Рис. 42-9. Блок-схема с вен-
тильным регулированием
напряжения.
саторов реактивной мощности с постоянной времени пере-
ходного процесса примерно 0,02 с.
Описанная схема реализована в лабораторных усло-
виях.
Из описанных средств регулирования напряжения
еще не получили широкого применения средства по п. 11,
так что на ближайший период они не могут применяться.
12-3. КОМПЛЕКСНОЕ РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ РЕГУЛИРОВ АНИЯ
П КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК
Вопросы регулирования напряжения, зависящего в ос-
новном от реактивных нагрузок сети и компенсации этих
нагрузок, должны решаться совместно. Прежде всего
необходимо проанализировать режим работы потребителей
11 характер суточных графиков активной и реактивной
нагрузок.
В соответствии с полученными значениями Рп и QM
опРеделяется необходимая компенсирующая мощность (?к,
которая выполняется в первую очередь синхронными двп-
Гателями и^конденсаторами напряжением до 1 кВ и затем
выше 1 кВ согласно приведенным расчетам при мощностях
1В Мукосеев Ю Л. 449
до 10 Мвар (см. гл. 11). При больших значениях Qh Воз
кают варианты применения синхронных компенсатор0е'
При малой продолжительности реактивного максимума
Ом возможна кратковременная работа менее экономичных
компенсаторов, например максимальное возбуждение ра
ботающих тихоходных синхронных двигателей и исполь-
зование незагруженных синхронных двигателей, Что
должно быть обосновано технико-экономическим ваг
четом.
При высоком коэффициенте заполнения суточных гра-
фиков нагрузки в непрерывных производствах проблемы
регулирования мощности компенсирующих устройств и ре.
Рпс. 12-10. Эпюра отклонений напряжения вдоль сети
гулирования напряжения могут вообще не возникать
(обогатительные фабрики, нефтеперерабатывающие, нефте-
химические предприятия и др.).
При явно выраженном изменении нагрузок по сменам
необходимы регулирование мощности компенсаторов и на-
пряжения.
Для определения пределов регулирования напряжения
составляются эпюры напряжений вдоль сети для различных
режимов нагрузки (рис. 12-10). Эпюра наглядно изобра-
жает отклонения напряжения в процентах вдоль сети
от центра питания ЦП до электроприемпиков. Потери
напряжения в линиях изображаются наклонными линия-
ми. В трансформаторах имеются потери напряжения, за-
висящие от нагрузки и коэффициента мощности, и повыше-
ния напряжения, зависящие от выбранной ступени транс-
формации при схеме ПБВ. Эпюра составляется для макси-
мальной и минимальной нагрузок и дает соответствующие
предельные отклонения напряжения. Для практических
расчетов удобнее пользоваться таблицами.
450
Пример 12-1- Линия, питающаяся от РУ ТЭЦ, состоит из ре-
кабеля 6 кВ, трансформатора ТП, шинопровода, кабеля,
аКТлто1ЦПХ электропрпемпик 380 В (рис. 12-11).
^Необходимо выбрать положение ПБВ на трансформаторе ТП
ким расчетом, чтобы отклонения напряжения при максималь-
с та п минимальной нагрузках были в пределах, нормированных
ГОСТ' отношение максимальной нагрузки к минимальной 4:1.
рис. 12-11. Схема линии питания от ТЭЦ до цехового электро-
приемника.
Принимаем предварительно положение ПБВ па д-5%. Изме-
нение уровней напряжения при 100% -ном и 25%-ной нагрузке сле-
дующие:
Напряжение ТЭЦ................... 4-5 4-5
Потеря напряжения в реакторе . . . —3 —0.75
Потеря напряжения в кабеле 6 кВ —0.5 —0,125
Повышение напряжения в трансфор-
маторе ......................... 4-5 4 5
Потеря напряжения в трансформаторе —3.6 —0,9
Потеря напряжения в сети 380 В . . —5 —1,25
Итого на зажимах электропрпем-
ников........................... —2.1 4“6.97о
То же при повышении напряжения
в трансформаторе на 4~2,5 ..... —4,6 4-4,475
Таким образом, первоначально принятое положение ПБВ па
4*5% привело к отклонению напряжения в минимальном режиме
за пределы 5%. и необходимо перейти на положение 4"2,5%.
Следует помнить, что для повышения напряжения необ-
ходимо уменьшить коэффициент трансформации и пере-
ключить на более низкую ступень регулировочной отпайки
Возможны такие отклонения напряжения, которые не
укладываются в пределы zt5%, что приводит к необхо-
димости встречного регулирования в ЦП путем снижения
напряжения в часы малых нагрузок и повышения напря-
жения в часы максимума. Пределы встречного регулиро-
вания в ЦП (РУ ТЭЦ или ГПП) устанавливаются по анало-
гичным расчетам для основных узлов схемы электроснаб-
жения. В расчетах уровней напряжения отдельных узлов
необходимо учитывать снижение компенсирующей мощ-
ности компенсаторов во избежание повышения напряжс-
сверх нормативного. Отсюда вытекает необходимость
1б* 451
принудительного режима работы компенсирующих уст
ройств но у< юаням регулирования напряжения. В 4h(. 1
значительного снижения реактивных нагрузок (гр<»Т|,Л
смена, выходные дни) псе компенсирующие устроцСТ|’
должны отключаться.
Для установления ступеней регулирования комиоц
сирующпх устройств анализируется суточный или годовой
график нагрузки ио продолжительности, который разби-
вается на 3— i ступени с выявлением максимальной, сроднен
и минимальной реактивной нагрузки. Но этим ступеням
реактивной нагрузки п определяются ступени регулиро-
вания мощности компенсаторов.
Прп составлении рационального режима регу iпрона-
ция компенсирующих устройств следует руководство-
ваться тем, что наибольшее время работы должно быть
у компенсаторов с минимальными потерями. Следопа
тельно, после прохождения максимума реактивной на-
грузки синхронные двигатели должны работать с cos <р
«=; 1. Если ток возбуждения двигателей и момент макси-
мума был наивысшим, то после прохождения максимума
его следуо! убавить до значения, соответствующего опти-
мальному коэффициенту мощности двигателя. Такое регу-
лировали*' может осущсст в i л ться вручную или автомати-
чески, если но технико-экономическим расчетам устрой-
ство автоматического (югулпроваип.я возбуждения будет
рентабельно.
Наиболее длительное время работы должно быть у кон-
денсаторов, регулируемых ио ступеням, в зависимости от
реактивной нагрузки.
Помимо ступенчатого регулировапия возможно бескон-
тактное п быстродействующее регулирование', примеры
которого описаны.
При суточном графике реактивной* нагрузки с значи-
тельной неравномерностью в часы минимальных нагрузок
необходимо отключать конденсаторы частично пли пол-
ностью, для чего батарея разбивается па секции, вк илчао-
мые своими выключателями. Целесообразно разбить бата-
рею ла две неравные части (1/3 и 2 3), что полни лиг иметь
при двух секциях трохступспчатое регулирование.
Автоматическое регулирование мощности конде’н а-
торных батарей по ступеням (АРК) описано ниже.
Прп наличии резко переменных нагрузок рекомен-
дуются следующие с|к цчва снижения колебаний папрЯ
Дания.
452
«9|» Схема о!рюнгк’нии эш плуат щиоииых
Рис и,пц печи с помощью подматвчивасмою
к 3. НУ’11
РЕКТОР0-
П’1я питании электросварочной нагрузки
сд\ч»т применять продольную компеиса-
Л<1> включаемую со стороны 6—10 кВ
11 говы' ТН* Для Д)Говмх сталеплавильных
• 1Рктропечей на напряжении 6 — 10 кВ сле-
дуй применять сдвоенные реакторы типа
pi; \С, включенные за трансформаторами
Г1111. Ври питании электропечей на иапря-
Нчтнии 35—110 кВ колебания нагрузок пере-
даются на более мощные системы 110 кВ и выше, и про-
блема колебаний напряжения может быть менее острой.
В качестве средств погашения пабросов реактивной ва-
груякн дуговых печей большой мощности могут приме
пяться специальные синхронные компенсаторы с быстро-
действующим АРВ.
Например, для дуговой ночи емкостью 115 т с транс-
форматором мощностью 80 МВ • А установлены конденса-
торная батарея 21 Мвар и синхронный компенсатор
Мит.иостыо НО Мвар, подключенные к общим шинам на
пряжения 13,8 кВ (США). Второв путь погашения таких
тллчков состоит в применении управляемых нодмашнчп
вк мых реакторов, автоматически ограничивающих токи
•кенлуатациопных к. з. (применяются в Японии,
Phi . 12-12). Реакторы включаются параллельно с кондеи
гаторами для ум< иыпеппя общего тока.
Для прокатных станов могут быть использованы сдвоен
ные реакторы; быстродействующее возбуждение самих
прокатных синхронных двигателей или специальных син-
хронных компенсаторов со скоростью нарастания мощ-
н“'чи 10U Мвар/с п выпи1.
Для мощных экскаваторов, удаленных от источников
,,1|»анпя, рекомендуется продольная компенсация У ПК.
12 z‘- ВЫСИНИ; ГАРМОНИКИ И НЕСИММЕТРПЯ II ХПРЯЖЕНПЯ
В СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯ
^’’янление высших гармоник и несимметрпи капря-
в промышленных сетях связано с ухудшением
’я<имоН работы электроустановок и ущербами, вслод-
Ие чего величины гармоник и степень несимметрпи
453
также нормированы ГОСТ 13109-67 на качество элект
энергии.
Ро-
Источниками высших гармоник, искажающих синусо
дальность кривых тока и напряжения, являются траЛ'
форматоры ТП, имеющие нелинейные характеристик
тока холостого хода, и главным образом различные вец^
тильные и тиристорные преобразователи.
Исследования кривой тока холостого хода трансформа
торов, включенных в’ сеть синусоидального напряжения
показали, что при трехстержневом сердечнике и соеди’
пениях У /У и Д У в пей имеются все нечетные гармоники
в том числе кратные трем. Последние обусловлены несим-
метрией намагничивающих токов по фазам
IцА — 1цС 1 »5/цв-
Действующее значение намагничивающего тока
j ,цА "Г ^цС
а
Токи намагничивания образуют системы токов прямой
и обратной последовательности, которые по абсолютной
величине одинаковы для гармоник, кратных трем. Для
других нечетных гармоник токи обратной последователь
пости составляют около 0,25 токов прямой последователь-
ности.
При питании трансформаторов песипусоидальным на-
пряжением возникают дополнительные составляющие
высших гармоник тока, называемые комбинационными
составляющими. Трансформаторы ГПП дают 5-ю гармо-
нику небольшой величины.
Люминесцентные лампы создают третьи гармоники
величиной до 30% 1-й гармоники, которые, складываясь
в нулевом проводе сети 380/220 В, обусловливают ток
в нем, почти равный току в фазном.
Дуговые печи являются источниками гармоник токов
порядка п = 5; 7; 11; 13 ..., однако уровень последнп4
невелик и эквивалентное действующее значение
гармоник не превосходит 1% тока 1-й гармоники [Л.
При отсутствии ртутных и полупроводниковых преоо'
разователей уровень высших гармоник в сетях прсдприЯ~
тип менее 1 %; но ГОСТ допускается до 5%, так что ника
ких проблем не возникает.
Вентили ртутных и полупроводниковых прообразе
вателеи при мостовой схеме и при схеме прямой и oopaiH
454
- с уравнительным реактором проводят ток в течение
зВе3шцода (без учета времени коммутации). На рис. 12-13,а
1 3В чан ток вторичной обмотки трансформатора для нуле-
В°" п на рис. 12-13, б — для мостовой схемы. Первичный
jjOH **
ток TL
обмоток -
угольнике
раисформатора в обеих схемах при соединении
-- звездой показан на рис. 12-13, в, а при тре-
> — на рис. 12-13, г.
Разложение первичного тока на гармонические состав-
чяющие показывает наличие в сети высших гармоник
С порядками
v == кт ± 1,
где v _ последовательный ряд
целых чисел; к — число фаз
выпрямителя.
При т = 6 v = 5—7—11 —
13—17..., а при т = 12 v =
— 11—13—23—25..., так что
увеличение числа фав выпря-
мителя с 6 до 12 уничтожает
гармоники более низких поряд-
ков (5-ю п 7-ю).
Считая кривую выпрямлен-
ного тока идеально сглаженной
(Xd == оо) и пренебрегая ком-
мутацией, получаем относитель-
ные величины высших гармоник
в долях единицы величины ос-
новной гармоники тока Ц в
зависимости от номера порядка
Т _ Л<1> _ 7. Т
—
Рпс. 12-13. Линейные диа-
граммы вторичных и пер-
вичных токов трансформа-
тора выпрямителя.
При отсутствии сглаживания (Xd = 0) кривая пер-
вичного тока приближается к синусоиде с уменьшением
Доли высших гармоник.
Относительные величины гармоник тока в процентах
приведены в табл. 12-2.
- Явление коммутации вентилей (у > 0) также действует
плагоприятно на улучшение формы кривом тока. Однако
Регулирование выпрямленного напряженпя (a L> 0) иска-
ает кривые токов i2 и увеличивая содержание в них
Роцента высших гармоник.
Протекание в сети несипусоидальных токов вызывает
синусоидальные падения напряжения, что приводит
455
1 "Ълщщ /2 2
ГлрМОИИКИ m 6 т jo
А(/ .со xd ° Vd* » 0
Первая 100 100 100 100
Пятая 20 18,6 -
Седьмая 14,3 п.з —
Одиннадцатая 9,1 8.5 9.1 83
Тринадцатая Девствующее значение первичною тока 7,7 6,5 7,7 7,2
Л=Ю! + /!+П+Ч1 + Ы+- 104,5 103 101,5 101
к появлении) высших гармоник в кривой напряжения.
Доля этих гармоник в криво!! напряжения увеличивается
в направлении от источника питания к выпрямите iliioj!
установке.
Чем больше реактивное сопротивление сети и мощнее
выпрямитель, тем больше доля гармоник в кривом напря-
жения па шинах преобразовательной подстанции. Макси-
мально возможное содержание высших гармоник в кривой
напряжения (при Асети = оо) при равенстве нулю высших
гармоник тока
£7v=^ = A-1All).
Выпрямительный преобразователь можно рассматри-
вать как генератор высших гармоник. Режим А сети 00
соответствует холостому ходу генератора; вьн шие гар-
моники напряжения получаются максимальными, a вы*'
шве гармоники тока равны пулю. При бесконечней
мощности системы (Х'сет„ = 0) получается режим к°Р°т'
кого замыкания — высшие гармопикп тока имеют мак-
симальное значение, а в кривой напряжения они отсуЧ
ствуют.
13 реальных условиях приближенно можно ечнта^
что сумма относительных содержаний гармоник ток
и напряжения постоянна и равна:
456
тп преобр«чзоватсль является генератором, то прием-
ками высших гармоник служат асинхронные и синхрон-
I -цшгагсли, генераторы ТЭЦ, конденсаторы и трапсфор-
2Г>иы. Зная А'ц можно определить долю высших гар-
^цпь на”Ряже,1ИЯ 113 Формулы
лuв •! — А'р
Описанные гармоники, определяемые числом фаз вы*
шямленпя, называются гармониками канонических по-
пядкои. Они имеют место в сетях с мощными преобразо-
* цельны ми установками, работающими в стационарном
режиме, например при электролизе.
Обследования, проведенные в установках прокатных
цехов с мощными вентильными агрегатами [Л. 12-9],
показали, яти в сетях таких установок возникаю! нечет-
ные, четные и дробные гармоники неканонических поряд-
ков Зги гармоники возникают вследствие наличия ста
Аильного разброса углов зажигания вентилей, обуслов
иного особенностями работы сеточного и фазового
управления вентилей и в значительной мерс питанием
них си< тем от источника несинусондального напряжения.
Например, 3, 5 и 7-я гармоники появляются при 12-фаз-
ных схемах выпрямления.
Искажения напряжения в сети, вызванные токами
преобразователей, создают комбинационные составляю-
щие в намагничивающих токах трансформаторов, что уси-
ливает еще более искажение напряжения сети.
11 сеть до 1 000 В пропивают гармоники тока из сети
«|.!ни- 1 000 В, не считая гармоник, создаваемых тиристо-
рами, включенными в сеть до I 000 В. Установлено, что
Уровень гармоник в сетях прокатных станов зависит
также от технологических факторов: сортамента нрокаты-
аа мого металла, его температуры, скорости металла и др.
' •вномернос чередование участков с разной температурой
Шталлп создает циклическое отклонение мощности иро-
'/Н1ог(> стана и тока вентилей с периодом в 10—15 раз
*>лыпе периода основной частоты, т. е. получается моду-
яция но нагрузке. Эта модуляция создает дополнию и,-
Р* боковые составляющие каждой v-гармопнки с часто
vtj <), где о — частота модулирующего колебания,
Дичина которого зависит от глубины модуляции (макси-
й*,ыкц> отклонение нагрузки от среднего значения), пп-
Г,к,дас.моц и пределах 0,05—0,1. Наличии гармоник дроб-
пых иорядков наблюдалось и при холостом ходе ц,)(
кого стана, нагрузка которого колебалась цсле ,Стат*
эксцентриситета валков клети. 1,0
В результате всех описанных процессов в сетях, нита
тих установки прокатных станов, появляется а к винале»*'
ног действующее значение высших гармоник напряжен.1'
но отношению к номинальному напряжению, определи?
мое по формуле
v;>v---------77---------Wtr/o,
' Ф
где Г2, Г3, f\, ..., L/v — действующие значения 2-й
3-ii, 1-й, v-if гармоник, В; С7ф — номинальное напря-
жение сети, В.
Величина I av наблюдалась в пределах 5—15%.
Точный учет всех составляющих гармоник в установках
прокатных станов весьма сложен.
Приближенная форхгула для определения действую-
щего значения гармоник напряжения в сетях б—10 кВ
прокатных станов (Л. 12-11)
П ____А и. Г/Х||хм 1 nv
гдр /д„ — арифметическая сумма номинальных токов
вентильных преобразователей, приведенных к расчетному
напряжению, А; С7Ф — номинальное фазное» напряжение
сети, В; хА1 — условное эквивалентное сопротивление
сети высшим гармоникам, Ом; — число учитываемых
гармоник канонических порядков — для G-фазиых схем —
i и для 12-фазных — 2; Анг = КНКЧКЛ — гармониче-
ский коэффициент использования; А’п — коэффициент
ж пользования но расчету нагрузок; Аф — коэффициент,
учитывающий несовпадение фаз гармоник отдельных пре-
образователей, меньше единицы; для преобразователе»
главных приводов непрерывных станов А — 0,9 + 0,9«>;
Ад — коэффициент, учитывающий влияние гармоник вен-
тильных преобразователей и т. и., больше единицы; ири
неучен» анормальных гармоник Ал = 1.1 4- 1,3.
Сопротивление гармоникам синхронных двигателей v
порядка
Ат. д = й, /x'.c.j,
где хг — сопротивление обратной последовательности,
45Ь
Для
асии кронных двигателей и трансформаторов
Д\п.Д — 3?vt —
? __индуктивное сопротивление к. а. (для ас ник рон-
Г двигателей 1//цуск — величина, обратная кратности
пых 1 *
пускового тока; для трансформаторов хк — ик).
' Сопротивления высоковольтных кабелей не учитывают-
ся Точность расчетов по формуле (12-1) составляет .1 30%
по сравнению с данными илмеренин.
Содержание гармоник на стороне 110— 220 кВ 1 1ТП
I __ и
<-ау — Vov
гдеТг, гт» — реактивные сопротивления системы, траис-
формаюра ГПП и реактора.
В мощных системах с малым тс уровень высших гар-
моник, как показали измерения, нс превышает 2,5—3%.
Высшие гармоники тока и напряжения ухудшают
коэффициент мощности сети пропорционально коэффи-
циенту искажения
V =1^Ш1
где Ла) — действующее значение тока первой гармоники;
/, — действующее значение полного тока.
Минимальные значения коэффициента искажения при
т 6 v =» 0,955 и при т — 12 v = 0.988.
Величина коэффициента мощности при наличии выс-
ших гармоник
X = v со»ф,
где cos <[ —коэффициент Мощности при синусомдальним
го КО,
Ущерб, приносимый высшими гармониками, состоит
также в появлении дополнительных потерь в линиях.
Двмгнюлях, трансформаюрах и генераторах, вызываю-
111,14 дополнительный нагрев.
При прохождении токов высших гармоник сонротив-
Деиие проводников увеличивается по сравнению с сопро-
т,,»нчц|СМ |ГрИ 5() рц за С<|СТ поверхностного эффекта
11 ‘Ффекта близости. Выражение для потерь мощности при
,1а1ичии высших гармоник
/=/?. = / [Н, -I- ///б, _|- /|Т?7 + л Л И 4- / +...,
459
где /?,, я5, /?7, /?н, Нц — сопротивление Переменному т I
при * сиответстнукицих частотах — 250—350-1
650... Гц.
Наконец, наибольшую опасное гь представляют C()j-
резонансные явления, когда и сети имеются L.M|1
** it '<>СТп
II пидр оатареи конденсаторов, гезонапс токов пр1ц1О1
к выходу из строп конденсаторов. Дтя его П|»еди1вращо|||1,Т
в цепь конденсаторных батарей с сопротивлением z( ВК1
чается реактор с такой реактивностью, чтобы |'езу,||>Т1|
руклцге coiipoi пиление последовательно сое дпшпнмх
реактора и батареи было индуктивным,
Хр
где v — порядок низшей гармоники; для высших это тре-
бование будет подавно удовлетворено.
Включение реактора снижает загрузку конденсаторов
токами высших гармоник, но одновременно увеличивает их
загрузку основной гармоникой. Это происходи! вследст-
вие повышения напряжения на зажимах конденсатора
»с~^Г
где ип — напряжение в сети.
Соответственно увеличивается ток основной гармоники
Л<1) — Л< -,
*С — гр
где /„ — ток батареи при синусоидальном напряжении
и отсутствии реактора.
Мощность конденсаторной батареи увеличивается по
сравнению с номинальной Qlt
<? = <?-
. Ис—'р/
В то ж»* время реактор будет потреблять реактнвиум
мощность
<?р = С^.
Х1>
В целом мощность установки конденсаторов с реякто*
ром будет больше Q„
Q'=Q-Qv Le„-^->C-
l.Hc—'pr He— xp”xcJ rP
460
высшие гармоники илрушнют работу систем сеточного
I -L-JOHU1 о управления вентильных установок прокатных
ставов Для устранении этих помех необходимо питание
С,ь.» рапных систем от источника синусоидальною напряже-
ния, что мП>,‘,*т б,1,ть доспи путо применением нескольких
-фильтров, которые настраиваются каждый на слою
гй|оюннку 11 ик лючак.тея последовательно.
Возможно также применение специальных стабплп-
ядтпров напряжения с улучшенной формой кривой на-
нря кеипя, например разработанных в Горьковском поли-
техническом институте (.1.12-41.
Д (Я расчета спектра гармоник в сети промышленного
предприятия составляются схемы замещения oi дельно для
ь, |,д<»й гармоники аналогично тому, как это делается
при расчете токов к. з., причем преобразователь является
генератором, а трансформаторы, двигатели и питающая
система служат параллельно включенными сонропшле
нвямн.
Основное мероприятие по снижению высших гармоник
в сетях нромпредприятип сводится к увеличению числа
фаз выпрямления до т «= 12 и выше. Такое увеличение
может быть достигнуто применением разных схем соеди-
нения обмоток трансформаторов в одном агрегате, наирп-
Mt р для вторичных обмоток со с хомами У и Д при мостовой
схеме; схемы первичных обмоток У и Д для агрегатов
при нулевой схеме и т. д.
Для увеличения числа фаз применяются фазоповорот-
ние трансформаторы. Например, для стана 201И) Чере-
повецкого металлургического завода предусмоцм-иы ти
рп< юркие преобразователи электропрнво iob на 2 у 5
в 2 10 кА с фазоповоротными трансформаторами на 24-
и 36-фазиыс схемы выпрямления. На мощных преобразо-
вательных подстанциях электролизных производств доста-
точно 12-фазиой схемы выпрямления.
Выпрямленное напряжение содержит Переменную со-
ставляющую, характеризуемую коэффициентом пульса-
ции — отношением действующего значения всех гармоник
спрямленного напряжения к постоянной <’<»< таиляющей
Величина коэффициента пульсации для двигателей
Постоянного тока* не должна превосходить 8% но ГОСТ.
Д-'1я сглаживания пульсация применяются реакторы —
индуктивности в цепи постоянного тока.
В тяговых сетях постоянного тока, питающихся от
прсибразонаи?леи-выирямшелен, пульсации выпрямлен-
ой!
ного тока могут создавать помехи в линиях связи, дЛя
устранения которых применяются сглаживающие устрой,
ст на — резонансные шунты из конденсаторов и индуктпц.
ногтей, настроенные на разные гармоники. При этом
коэффициент пульсации не должен превышать 0,1.)%
Прп наличии однофазных нагрузок в 1ре\фалпой сети
может возникать иосимметрия напряжений,. которая огра-
ничивается ГОСТ тем, что напряжение oopaiuoii после-
довательности не должно превышать 2% номинального
напряжения па зажимах люоого симметрично! и рехфаз-
Рис. 12-14. Схема индукционной печи с симметрирую-
щим устройством (о) и векторная диаграмма симмет-
рирующего устройства (б).
ного электроприемнпка. По ГОСТ для асинхронных дви-
гателей этот предел может быть повышен в зависимости от
условий допустимого нагрева. В эти условия входит до-
полнительны ii нагрев от токов обратной последователь-
ности и от гармоник, зависящий в свою очередь от загрузки
двигателя, кратности пускового тока и других параметров.
Практика электродного завода с мощными однофазными
печамн показала, что при иеснмметрпи до 11 —12’’о в сети
380 В срок службы асинхронных двигателей снижается
в 1,8—2,3 раза даже при загрузке 60—80% за счет пере-
грева токами обратной последовательности.
Для устранения иеслмметрцц напряжения, вызывае-
мого обычно элоктротехдологическими однофазными уста-
новками (электропечи и др.), применяются специальные
схемы симметрирования. Па рис. 12 14, а представлена
схема индукционной печи промышленной частоты с епм-
462
>тппрующнм устройством. Последнее состоит из двух
>u’rv нтруемых батарей конденсаторов, одна из которых
-мочена на фалы /16’ параллельно индукционной печи
Всопротивлением нагрузки /?,, и вторая — на фазы
\/? На фазы ВС включена индукционная катушка с регу-
тируемоГ! индуктивностью. Условия симметрирования по-
ручаются из уравнений токов в узлах фаз .4, Я и С:
/в == Л - /с
IА — Д) Ло
И /(7==/,,—Л,.
Векторная диаграмма токов представлена на
рис. 12-14, о.
Описанная схема имеет тот недостаток, что коэффи-
циент мощности симметрирования c.os 0 зависит от коэф-
фициента мощности нагрузки cos ч н и изменяется от 1
(при cos <Гн = 1) до 0,5 (при cos ср„ = 0,<S(’>6), вследствие
чего необходимо компенсирующее устройство, включенное
параллельно нагрузке (рис. 12-14а).
В Институте электродинамики АН УССР разработана
бот ее эффективная схема симметрирования, позволяющая
одновременно с симметрированием повышать коэффи-
циент мощности всей схемы |Л. 12-12). Разрабатывается
типовая серия подобных установок мощностью до несколь-
ких мегавольт-ампер для внедрения в производство.
Необходимость применения дорогого симметрирующего
устройства, требующего значительных площадей для
размещения конденсаторных батарей в ипдукциоппои
катушки, должна быть обоснована технико-экономическим
расчетом. Если мощность питающей системы достаточно
велика по сравнению с однофазными электроприемипками,
то необходимость симметрирования не возникает.
Исходя из указанных выше требований ГОСТ об огра-
ничении до 2% напряжения обратной последовательности,
можно приближенно считать, что при мощности к. з.
« данной точке сети S,<величина однофазной нагрузки,
требующей! симметрирования,
о
На этом же» электродном заводе» однофазная нагрузка
1 рафнгировочиых печей составляла. 81% всей нагрузки
завода, что и прине ю к значительной пееимметрнн напря
'Кенни. 11 сетях до 1 (ИМ) В при наличии однофазных на-
1 рузок контактной сварки нсепмметрия напряжений полу-
чается прц повторно-кратковременном режиме, что нс отра-
403
жается па работе асинхронных двигателей. Применен^
сдвоенных реакторов в установках дуговых электропечи
стабилизирует напряжение при несимметричных толчка*
нагрузки ио фазам.
ГЛ А НА ТР ИНА Д ЦА ТА Я
УЧЕТ II ЭКОНОМИЯ Э. 1ЕКТР0ЭПЕРПП1. ИЗМЕРЕНИЯ
Получение и распределение электроэнергии в сетях
промпредприятий учитывается и контролируется по удель-
ным нормам м’Уд— расходу электроэнергии па единицу
продукции и по лимитам планового потребления элеыро-
эпергип.
В соответствии с плановой системой социалистического
хозяйства каждое предприятие ежегодно получает необ-
ходимый лимит на > leKi роэнергик», как и на другие мате-
риальные ресурсы — топливо, металл и др. Контроль ia
лимитированным потребленном электроэнергии виз ложен
на органы Государственной инспекции по энергетическому
надзору (Госэнергонадзора) при эпергосбытах. Последние
ведут ежесуточный учет расхода электроэнергии предприя-
тиями.
Энергосбыты имеют штат пнснекторлп, в обязанность
которых входит контроль за соблюдением предприятиями
ПУЭ, II ГЭ и НТВ. Кроме того, они контролируют рацио-
нальное использование электро un pi ни, мероприятия ио
борьбе с потерями электроэнергии и [р.
Выше отметалась условность понятия «реактивная
энергия» и неточный учет ее счетчиками реактивной энер-
гии в трехфазной сети при несимметричных нагрузках
и наличии высших гармоник. Существующие счетчики
активной энергии дают искаженную картину потребления
электроэнергии прп песимметрни напряженпя в сети.
Если несимметрня вызвана нагрузкой одного из потреби-
телей и на шинах питающей подстанции системы нояпнлае ь
несимметрня напряжения, то возрастают потери в двига-
телях всех других потребителей, подключенных к данной
подстанции, хотя эти потребители но являются виновни-
ками увеличения потерь электроэнергии. Таким образом,
существующие качество учета и учет качества электро-
энергии требуют дальнейшего совершенствования измсри-
тс.тьпоп техники.
4Н4
уЧЕТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ИЗМЕРЕНИЯ
Учет электроэнергии разделяется па расчетный и тех-
| pfKnп (контрольный). Первый служит для расчетов
’^цнриягня с эне»рго<набжаюнц*й организацией, второй —
EJ^ocymecTiLK'HHH хозрасчета и контроля расходования
?вКгроэнергии внутри предприятия.
Расчетные счетчики активной и ^активной энергии
v тавливаюгся на подстанциях энергосистемы, на отхо-
1я1цпх линиях всех напряжений, если эти линии питают
тоИ’Ко данное предприятие. Ес гп от липни питается не-
сколько самостоятельных предприятии, то счетчики уста-
। в иваюгся на стороне высшего напряжения вводов,
с.ли имеются трансформаторы тока класса 0,5; в против-
ном случае счетчики устанавливаются па стороне низшего
и пряжения, а потери в трансформаторах определяются
расчетным путем и оплачиваются предприятием.
Классы точности счетчиков активной энергии и изме-
рительных трансформаторов согласно IIГЭ должны быть
не ниже указанных в табл. 13-1.
Таблица 13 1
Т,*>«нс<ю11мпторм ГИИ Класс счетчиком Класс измеритель- ных трансформа- торов
1 н,- ДО МИ Л 10-60 МВ А Д< 10 МВ- Л 0,5 (1.0) 1,0 2.0 0,2 (0.5) 0,5 0,5
Указанный в скобках класс допускается как исклю-
чение.
При наличии на предприятии соб< гвенпой ТЭЦ расчет-
ные счетчики устанавливаются па каждом генераторе,
W всех линиях генераторного напряжения к потребителям
11 на линиях питания собственных нужд.
Обследования расчетного учета на станциях и подстап-
к.йях покарали, что при имеющейся в настоящее время
•кнаратуре практически достижимая точность учета ио
превышает 5°/». Вследствие этого для технически!о учета
Ут применяться трансформаторы тока класса точности 1
11 счетчики любого класса точности, которые выпускаются
,,Р<>М|,||илеццостыо с классом не выше 2,5%.
Ери двухставочном тарифе на электроэнергию с оплатой
•’‘явленного по величине максимума нагрузки, совпадаю-
465
щего с максимумом нагрузки энергосистемы, применяв
специальные счетчики активной энергии, фиксиру|()1| я
максимум нагрузки за 30 мин. Они состоят из сп<ч 11п ”е
ного счетчика с фиксатором 30-минутного максиму^
и электрических часов. Последи иг включают фиксата*
максимума на счетчике по заданной программе каждц
30 мин. в течение 2—3 ч периода максимальных нагру301с
системы. Одни часы могут управлять несколькими счет-
чиками на подстанции. Подзавод пружины часов нроц3
водится электродвигателем 10U В, получающим пигащ1(1
01 трансформатора напряжения.
Контрольный учет внутри предприятия должен отра-
жать отдельно расход электроэнергии на силовую нагрузку
(электропривод), электротехнологпю и освещение. Поэтому
все оеввтителт.ные линии напряжением 380 220 В должны
быть оснащены счетчиками активной анергии. При иитавип
освещения отдельными трансформаторами счетчики уста-
навливаются па стороне высшего напряжения трансформа-
тора.
Па всех отходящих от ТП линиях напряжением до
1 000 В, питающих хозрасчетные участки цехов, устанав-
ливаются счетчики активной щергпи. Прп выполнешп1
схемы блок трансформатор — магистраль транс форматоры
тока устанавливаются на отпайках к распределительным
шинопроводам или силовым пунктам, а счетчики выносятся
в конторку участка.
На линиях, питающих ТП, также устанавливаются
счетчики активно)! энергии, как и на всех линиях к элект-
ронрпемлнкам напряжением выше 1 000 В — двигателям
и электропечам. В ряде случаев по расходу энергии круп-
ными электродвигателями (насосы, компрессоры) и элект-
ропечами приближенно учитывается выпуск технологиче-
ской продукции по величине удельных расходов электро-
шер! ин.
При симметричной нагрузке (двигатели) в цеховы*
сетях вместо трехфазных допустимо применение одноф114'
пых счетчиков активной энергии 220 В, 5 А, включенные
на напряжение фаза-нуль и па трансформатор тока в это”
же фазе. В этом случае расход электроэнергии равен троп-
ному показанию счетчика. Однофазные счетчики 380
10 А могут включаться на разность токов двух фаз через
трансформаторы тока и па напряжения этих фаз. Пр” т*’1'01
схеме показания счетчика дают полный расход электро
энергии без добавочных множителей. Прп песимметрп’”10
466
..n{e по фазам должны применяться грехфазные двух-
К^енгпмо или тре.хэлементные счетчики или же три одно-
ju.auux счетчика.
™ п случаях, когда силовые пункты, питающие элек-
^ириемпики одного хозрасчетного участка, подклю-
чи к двум пли нескольким питающим линиям, реко-
Едуется устройство суммирующего учета электро-
.♦нер’ип.
На рис, 13-1 приведена схима суммирующего учета при
параллельном соединении трансформаторов тока, подклю-
ченных к токовой обмотке счетчика. Обмотка напряжения
счетчика подключена на напряжение фаза-нуль, Транс-
Рис. 13-1. Схема суммирующего учета при парал-
лельном соединении трансформаторов тока.
1, 2, J — трансформаторы тока; 4 — счетчик.
форматоры тока должны иметь одинаковый коэффициент
ipaiHформации п работать с загрузкой во менее 201 о,
число трансформаторов тока рекомендуется не более трех
и удаление их от счетчика вс более 40—50 м.
( хема суммирующего учета при последоваюльпом со-
единении трансформаторов тока приведена на рис. 13-2.
Все трансформаторы тока нагружаются сопротивлениями,
величина которых пропорциональна номинальному току,
“«пример 0,2 Ом при коэффициенте трансформации
’00/5 А; 0,3 Ом при 150/5 А; 0,4 Ом прп 200/5 А, и т. д.
Ври этом напряжение на зажимах всех трат форматоров
т°Ка (сопротивлений) при одинаковых токах в линиях бу v
° “таковым независимо о г коэффициентов трансформации
трансформаторов тока. Например, для тока нагрузки
^0 А в липни с трансформа горой тока 100 5 Л напряжение
“а вторичных зажимах трансформатора тока
i и, = = 40 • 0,2 = 0,4 В
и в линии с трансформатором тока 200/5 А
и2 = (2г2 = 40 • 0,4 — 0,4 В
и т. д.
Суммарное напряжение, снимаемое со всех после*
ватольно включенных трансформаторов тока (сопр(Тп,'
Ленин), подводится к токовой обмотке суммирующ^
счетчика через промежуточный трансформатор, который
подбирается так, чтобы при поминальной нагрузке Всех
трансформаторов тока ток во вторичной обмотке, замкнутой
на токовую обмотку счетчика, был 5 А. При такой схеме
Л
ВС АВС АВС
Рпс. 13 2. Схема суммирующего учета прп последо-
вательном соединении трансформаторов тока.
1.2,3 — трансформаторы тока, 4, 5, 6 — нагрузочные сопро-
тивления; 7 — промежуточный трансформатор; 8 — счетчик.
число трансформаторов тока не ограничивается и счетчик
может быть удален от них на значительное расстояние.
Недостаток описанной схемы состоит в необходимости
изготовления специального промежуточного трансформа-
тора для конкретных условий, вследствие чего в первую
очередь рекомендуется применение суммирующего учета
с параллельным соединением трансформаторов тока.
'Арехфазные электрические счетчики со встроенными Т('
лемех эпическими импульсными датчиками позволяют осу-
ществить централизованный дистанционный учет электро-
энергии. Показания счетчика преобразуются в импульсы
постоянного тока, частота которых пропорциональна
потребляемой энергии. На диспетчерском пункте. куДа
импульсы поступают по двухпроводной линии (например,
телефонной сети), они суммируются и преобразуют
в показания дублирующих счетчиков. Датчик импульсов
представляет собою полупроводниковый генератор с саМ^
возбуждением с частотой тенерации 30—40 кАц. Ах датчп у
468
П. пводится постоянный ток напряжением 12,6 В ± ЮСо
стороны приемника импульсов на диспетчерском пункте.
5 Контрольный учет реактивной энергии осуществляется
всех компенсирующих установках: конденсаторах,
^нхропиых компенсаторах и двигателях. Следует учиты-
вать направление реактивной энергии, так как в схеме
включения счетчиков все компенсирующие устройства
являются «генераторами». Учет потребляемой реактивной
энергии производится па всех линиях к ТП п к мощным
потребителям напряжения выше 1 000 В — двигателям
и электропечам.
В электролизных цехах требуется учет не киловатт-
часов, а ампер-часов, по которым контролируется техноло-
гический процесс, и выход продукции «по току», для чего
ставятся счетчики ампер-часов.
Система электрических измерений должна обеспечивать
контроль за соблюдением нормальных режимов работы
всех элементов системы электроснабжения — сетей, под-
станций, трансформаторов, преобразователей и отдельных
электроприемпиков. В отдельных случаях по показаниям
электрических измерительных приборов контролируется
технологический процесс.
Все линии напряжении до 1 000 В и выше на подстан-
циях (ТП, РП, ГПП) снабжаются амперметрами. При не-
симметричной нагрузке (освещение, электропечи, стати-
ческие конденсаторы) амперметры устанавливаются в каж-
дой фазе. При трехфазпой линии без пулевого провода
для включения трех амперметров используются два транс-
форматора тока. Допускается устаповка амперметра пря-
мого включения в рассечку шины напряжением выше
1 000 В при соответствующих расстояниях между корпу-
сом амперметра и другими частями установки. Наблю-
дение за таким амперметром, корпус которого находится
под напряжепием, должно производиться с соблюдением
безопасности персонала. Амперметры па линиях к круп-
ным двигателям с прямым пуском должны иметь пере-
грузочную шкалу.
Для синхронных двигателей, кроме амперметра, в цепи
статора должен быть установлен амперметр в цепи возбуж-
дения для контроля режима компенсации реактивной
нагрузки. В электролизных установках для измерения
Постоянных токов более 10 кА применяются специаль-
ные трансформаторы постоянного тока (магнитные усили-
тели).
469
Для контроля напряжения на всех Секциях <борп.
типи всех напряжении устанавливаются вольтметры ITet Х
менного или постоянного тока. На шинах трехфазного тог
ставится один вольтметр с переключателем иа разцщ,
плечи фаз АВ —13С — СЛ. В цеховых TII вольтметр,6
устанавливаются только на шинах вторичного напрНИ;||
ния. В сетях ( изолированной нейтралью устанавливаются
вольтметры контроля изоляции.
Ваттметры устанавливаются на вводах PH от ТЭЦ и 11а
выходе трансформаторов 1'1111 для контроля нагрузки
предприятия в целом. Прп нескольких питающих линиях
применяются суммирующие ваттметры, устанавливаемые
на диспетчерских пунктах предприятия. На линиях элск-
। ропрнемпиков ваттметры устанавливаются при мощностях
выше 1 0U0 кВт.
Фазометры, не посредствен ио измеряющие мгновенно
значение коэффициента мощности, устанавливаются на
вводах от энергосистемы или ТЭЦ. Па линиях к электро-
приемникам они устанавливаются только при переменных
режимах реактивной нагрузки (синхронные двигатели
с регулируемым возбуждением). При резко переменной на-
грузке (прокатный двигатель) фазометр не сможет работать
из-за большой инерции. В этом случае может быть приме-
нен ваттметр реактивной мощности.
13-2. ЭЛЕКТРОБАЛАИС 11 БОРЬБА С ПОТЕРЯМИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Для рационализации потребления электроэнергии не-
обходимы составлению п анализ электробалапсов пром-
преднриятмй. Электробаланс отражает «приход» энергии
от энергоснабжающей организации и «расход» этой энер-
гии. Расход энергии разбивается па ряд статей: техноло-
гическая нагрузка; электропривод технологических меха-
низмов; электротехнология (электротермия, электросвар-
ка, электролиз и др.); потребление электроэнергии ,,я
вспомогательные ирон пи»детва (вентиляция, водоснабже-
ние, теплоснабжение, кислородные установки, подъемно-
трапснортпые Механизмы и др.)*, электрическое освещение
и различные потери энергии (в сетях, трансформаторах»
преобразователях, электродвигателях, электропечах и ДР>"
гих электроустановках, а также в производственных меха-
низмах и установках).
470
Па крупных предприятиях электробаланс составляется
отдельным производствам — заготовительные цехи,
основное производство, вспомогательные производства
п цехи-
Основная цель составления электробалапсов — выявле-
ние потерь в элементах системы алоктроспабжепия и пе-
производительных расходов электроэнергии в технологи
шчжпх установках', которые часто связаны с особенностями
технологического процесса, изменением которого можно
добиться снижения расхода электроэнергии и себестои-
мости продукции. Составлять электробалапсы рекомен-
дуется методом расчета сверху вниз, т. о. из всей получен-
ной установкой электроэнергии вычитать потери, опреде-
ленные экспериментально или расчетом. Например,
замером мощности холостого хода можно определить по-
тери энергии в механизме и самом двигателе. Зная соиро-
гивлсиие двигателя, ток холостого хода и замеренный сред-
ний ток нагрузки за смену, можно рассчитать нагрузочные
потери двигателя и потери холостого хода двигателя и ме-
ханизма. Вычитая их из общего расхода энергии за смену,
получаем остаток в виде полезно израсходованной энергии
В качестве примера приводен электробалаис четырех
токарных станков инструментального цеха [Л. 13-1] общей
мощностью 42,5 кВт. Из общего расхода энергии за смену
58,3 кВт-ч (100%) постоянные потери в агрегатах состав-
ляют 39,1 кВт-ч (67%), нагрузочные потери 3.2 кВт-ч
(5,5%), так что полезный расход энергии на обработку
равен только 16 кВт-ч (27,5%), что связано с избыточной
мощностью станков и их низкой загрузкой.
Важную роль в экономии электроэнергии играет сни-
жение мощности холостого хода механизмов за счет упоря-
дочения смазки и применения прогрессивных систем под-
шипников. Например, для прядильных машин, в которых
Ь0% энергии расходуется на трепне и 20% на операцию
прядения, применением более совершенной смазки удалось
«’низить расход электроэнергии ни 70%. В прокатных ста
пах эффективно применение текстолитовых вкладышей
Для подшипников, снижающих удельный расход электро-
энергии по сравнению с металлическими на 40—50'о.
В установках электропечей большую роль в снижении
потерь электроэнергии играет тепловая изоляция. Важное
Значение имеет правильная организация технологичс< кого
Процесса, псключаюпщя потери па предварительный разо
1'реп и охлаждение печей. В электролизных установках
471
с токопроводамп на большие токи необходим КОПТПОЛ
за потерями в контактных соединениях. • ь I
Госэнергонадзор и И ГО энергетической и элоктротех
иичоской промышленности проводят ежегодные конкурсы
на лучшее предложение но экономии электрической ,1Г(_.
гип. Некоторые из таких предложений, связанных с ус01
вершепствоваиием техно логического процесса, примене-
нием более экономичного оборудования и т. д., да1от
годовую экономию электроэнергии до десяткой миллионов
киловатт-часов.
Г. 1А ВЛ Ч Е ТЫ PH А Д ЦА ТА Я
САМОЗАПУСК ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
14-1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Короткие замыкания в электросети самого предприятия
и во внешней сети вызывают глубокое снижение напряя е-
иия па время действия защит, а при отключении питания
и переключении его с одного источника на другой — пол-
ное исчезновение напряжения. В результате этого при-
соединенные к сети трехфазные двигатели (асинхронные
и синхронные) отключаются. Это вызывает не только
кратковременный перерыв работы предприятия, ио в ряде
случаев (например, и химической промышленности) явля-
ется причиной расстройства технологического процесса
и порчи оборудования, приносит материальный ущерб,
а в отдельных случаях представляет опасность для жизни
людей.
Надежность электроснабжения значительно повита-.
ется. если для трехфазпых двигателей с приводимыми пип
механизмами, от которых зависит беспрерывная работа
предприятия и безопасность обслуживания, предусматри-
вается самозапуск. .
Самозапуском называется восстановление нормально»
работы двигателей ответственных механизмов бел участия
персонала после кратковременного нарушения электро*
снабжения. При исчезновении или глубоком снижения
напряжения выключатели си мола пускаемых двигателей
остаются включенными, а двигатели неответственпит
механизмов до восстановления напряжения отключаются
с помощью реле паиряжепия.
472
Риг. 14-1. Зависимость
напряжения, генерируе-
мого двигателями поел»
их отключения, от вре-
мени.
'реория и практика самозапуск» впервые были разра-
ботаны II. Сыром я тиковым |Л. И 1], продолжены
и. С. Лнндорфим и др. |.l. 14-21.
Самозапуск может быть о д и о и реме п п ы м для всех
дпП1 отелей ответственных мехапи вюв пли д в у х с т у и е п-
ЧЛТЫМ, ССЛП НО УСЛОВИЯМ СеГИ ИЛИ ПО ДруГИМ lipil’IHIIBM
одновременный самозапуск недопустим. При двухступенча-
том пуске менее ответственные двигатели сначала отключа-
ются, а после разгона мерной группы двигателей автома-
тически включаются.
Самозапуск в значительной степени зависит от того,
насколько правильно выбран способ пуска двигателей,
для которых должен быть обеспе-
чен самозапуск. Если пуск двига-
телей производится из состояния
покоя поочередно, часто при не-
загруженном механизме, то само-
запуск происходит одновременно
для группы двигателей большой
мощности, и прп загруженных
механизмах.
При снижении напряжения или
полном прекращении питания са-
мозапускаемые двигатели начи-
нают выбег до промежуточного
положения, зависящего от дли-
тельности нарушения питания и
от характеристики механизма.
После восстановления электро-
снабжения начинается разгон двигателей до нормальной
частоты вращения, при повышенных токах в сети, вызыва-
ющих значительное снижение напряжения. При этом пус-
ковой и избыточный моменты самозапускаемых двигателей
значительно снижаются, увеличивается длительность раз-
гона и повышается температура обмоток двигателей.
Решение вопросов самозапуска требует комплексного
рассмотрения характеристик двигателей и приводимых
механизмов, характеристик электросети предприятии и
энергосистемы.
Выбег самозапуткаемого двигателя может быть сво-
1*о ди им, когда другие самозапускаомые двигатели не
“называют заметного влияния на самозапуск этого дви!а-
теля, и групповым, когда взаимное влияние самоза-
пускаемых двигателей значительно.
473
При Свободном выбеге напряжение на шинах отсут
ствует, что приводит к выбегу самозанусквсмых двнгатг.цч-
по индивидуальным характеристикам. При групповом 11ы,
беге и наличии остаточною напряжения двигатели элеКт,
рическп связаны общими шинами. Двигатели с большим
запасом кинетической энергии переходят в renepaiopiii.in
режим работы и в них создается дополнительный тормоз-
ной момент но сравнению со свободным выбегом.
На рис. 14-1 показано, как уменьшается генерируемое
напряжение в зависимости от длительности перерыва
питания для асинхронных (кривая /), синхронных (кри-
вая 2) и синхронных с форсировкой возбуждения (кривая 3)
двигателей. Из рассмотрения кривых видно, что синхрон-
ные двигатели, особенно при форсировке возбуждения,
значительно увеличивают при выбеге генерируемое напря-
жение.
14-2. ВЫБЕГ И РАЗГОН ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Для {кипения вопросов самозапуска необходимо знать
характеристики механизмов и двигателей.
Момент сопротивления механизма характеризуется
начальным статическим моментом при трогании с места
и характером изменения момента сопротивления в зависи-
мости от частоты вращения. В общем виде для большинства
вращающихся механизмов момент сопротивления, отне-
сенный к номинальному моменту приводного двигателя,
П/с — Мс.нпч 4- (тс.кои Юс.нач) (1 — 5 П О
гдо Мс.ннч ~ начальный момент сопротивления, отн. од.;
Wc.ko» — момент сопротивления при полной скорости,
отн. ед.; s, р — скольжение и показатель степени.
При р — 0 момент сопротивления не зависит от частоты
вращения, т. е. является постоянным; при р = 2 момент
сопротивления механизма изменяется пропорционально
квадрату частоты вращения (вентиляторный момент).
В отдельных случаях для механизмов с вентиляторным мо-
ментом сопротивления (например, для насосов) показатель
степени р может отличаться от двух.
Для асинхронных двигателей пусковые характеристик*’
указываются в каталогах или могут быть построены но
приведенным в каталогах относительным значениям на-
чального та и максимального тм моментов.
474
Скольжение, которому соответствует максимальный
МОМ'П ,
хк =---------1 . — . (14-2)
/»м//«п4- г (тм/Шп)> — 1
Для пуска на роторе явпополюсного синхронного дви-
гателя размещается пусковая обмотка тина «беличьего
колеса». Двигатель запускается как асинхронный до
установившегося скольжения, после чего втягивается
в синхронизм. Поэтому, кроме начального (пускового)
момента гп„ при s = 1 и максимального асинхронного мо-
мента тч при sl(, важной величиной механической харак-
теристики Синхронного двигателя является величина
входного момента ?т?вх, которая задается для я = 0,05.
Пусковая характеристика явнополосного синхронного
(вигателя часто не известна, во ее можно построить по
значениям тн, ты и mnt.
Скольжение, соответствующее максимальному асин-
хронному моменту шм,
I mh/whx—0.05 .»k
I SK=r э.-m,• (ll3)
и максимальный асинхронныft момент
I* т„ = -"2Ц(1/.'к + «к). (1U)
Пример И I. Построить механическую характерен пку син-
хронного двигателя Данные двигателя: 1 100 кВт, 1Ь7 об/мин,
"‘а 1,5; лгвх = 1,2.
Р г <н о в в о
1. Скольжение но выражению (14-3)
*к =
1,5 1,2 -0,05
20-1,5 1,2
= 0,254.
2. Максимальный момент но выражению (14-4)
WM^-Ar-tl 0,2540,254) = 3,14.
3. На рис. Н 2 по полученным данным построена характера
пика «синхронного момента этого двигателя.
Изменение частоты вращения электродвигателей проис-
ходит под действ нем избыточного момента
Wiia = Мц ~ tlIc =
, ds
Мс/Г
(14-5)
475
где Гм — механическая постоянная времени агрегат
двигатель-механизм, с.
Механическая постоянная времени имеет важное зНа
чепие для рассмотрения переходных процессов при само'
запуске:
(14-6)
где GD^, GD^ — маховые моменты механизма и двигателя
тем2; п0 — поминальная частота вращения, об мин; рп J
поминальная мощность двигателя, кВт.
Рис. 14-2. Характерней!- Рис. 14-3. Кривые выбега ири
ка асинхронного момента самозапуске.
синхронного двигателя.
На рис. 14-3 приведены кривые выбега при самозапуске
вентилятора 2 (Гм = 16,5 с), дымососа 3 (7М = 20,2 с)
и насоса 4 = 4,4) в зависимости от величины Tv
и кривая 1 их группового выбега. Из рассмотрения кривых
видно, что с увеличением Тм выбег происходит медленнее
и что групповой выбег происходит по эквивалентному
значению Тмз.
В начальный период выбег происходит по прямой
независимо от момента сопротивления приводимых меха-
низмов. Поэтому величина скольжения, до которой проис-
ходит групповой выбег самозапускаемых двигателей, при-
близительно определяется по выражению
л ЖС.Я /
э’
(14-7)
где — длительность выбега, равная времени перерыва
электроснабжения, с; тсэ — эквивалентный момент со-
476
Иптивл^ния агрегатов, участвующих в самозапуске;
W0 __ эКВпвалентпая механическая постоянная агре-
Ж* участвующих в самозапуске, с.
гЛ Эквивалентные моменты сопротивления и механиче-
кпе постоянные агрегатов могут быть определены по вы-
ражениям:
п
^С.Э ”8.3
Л| кзгРн1
и< э i =|
с. a
‘Иц. з
п
i = 1
п
у (G-O2). “5
। i== I
м.э— п
364 2 pui
i = 1
(14-9)
где р л и kai — соответственно номинальная мощность
любого двигателя из группы самозапускаемых двигателей
и его коэффициент загрузки до отключения питания;
(GD2) — маховые моменты любого агрегата из числа
самозапускаемых, тс • м2.
Для определения величины скольжения, до которой
в процессе выбега затормозятся отдельные самозапускае-
мые агрегаты, удобно пользоваться кривыми выбега,
полученными в результате испытаний. При отсутствии
таких кривых пользуются расчетными кривыми выбега.
Для механизмов с постоянным моментом сопротивления
кривые выбега строят по выражению
— 1 s
" ТУ1 т* ’
(14-10)
гДе /э — время перерыва питания; тс — момент сопротив-
ления, отп. ед., равный коэффициенту загрузки дви-
гателя кг\ tu — относительное время.
Кривые выбега, построенные по выражению (14-10)
Для механизмов с постоянным моментом сопротивления,
приведены на рис. 14-4, а для механизмов с «вентилятор-
ным» моментом сопротивления — йа рис. 14-5 [Л. 14-1].
Пуск и самозапуск синхронного двигателя зависит не
только от асинхронного момента, создаваемого пусковой
обмоткой, но и от обратно синхронного поля обмотки
возбуждения, в которой вращающим полем статора созда-
йся однофазное пульсирующее поле ротора. Это поле,
477
имеющее частоту скольжения, может быть рил ь
па два поля, вращающиеся относительно ротора в р;п°Но
стороны с одинаковыми скоростями. Первое поле вран?, ,140
относительно неподвижной обмотки статора сиц\п, ТСд
Рис. 14-4. Кривые выбега для механизма
с постоянным моментом сопротивления.
с полем статора и создает дополнительный вращающий
момент, который суммируется с асинхронным моментом
Рис. 115. Кривые выбега для мгхипизма < вентиляторным
моментом сонротнВЛСПИМ.
ноноложпом направлении, наводит в обмотке статора
а. д. с.; нрп »том возникают токи, от взаимодействия ко-
торых со статорными токами возникает дополнительный
момент, величина и знак которого зависят от частоты вра
щепия ротора.
478
Пл |»нС. Н-<» показаны кривые асинхронного та, до-
11111!(*.,|Ы1ОГи Мции и результирующего /през моментов
рои ною двигателя при пуске с замкнутой накоротко
на активное сопротивление обмоткой возбуждения. Из
У видно, что дополнительный момент может вызвать
Рис. 14-6. Кривые асинхронного, дополнительного к
результирующего моментов синхронного двигателя при
пуске и самозануско с замкнутой накоротко (а) и на
активное сопротивление (б) обмоткой возбуждения
провал в кривых результирующего момента двигателя.
Поэтому при значительном моменте сопротивления моха
пизма ЛГС последовательно с обмоткой возбуждения вклю
чается дополнительное активное сопротивление, которое
уменьшает влияние одноосного эффекта.
14-3. УРОВНИ НАПРЯЖЕНИЯ II ИЗБЫТОЧНЫЕ МОМЕНТЫ
НРП СД МОЗА ПУСКЕ
Пусковой ток асинхронного двигателя с короткозамк-
нутым ротором и синхронного двигателя с асинхронным
пуском в 5—7 раз превышает поминальный ток, а в от-
дельных случаях (например, для быстроходных и спе-
циальных двигателей) достигает 10—12-кратной величины.
По мере разгона кратность пускового тока двигателя
снижается.
Самозапуск двигателей начинается с промежуточной
частоты вращения, так что кратность тока при самоэапуске
меньше, чем при пуске. Однако при кратковременном исчез-
новении напряжения, даже при незначительном увеличе-
1,1,11 скольжения, сопротивление* двигателя резко умень-
шается, а кратность потребляемого из сети тока возра-
479
кривые А, «= / (.v) ДЛЯ МОЩНЫХ ДВМГНТО.1СЙ tipi|110
И Кат«1.-|ОП1\. II рн отсутствии кривич КраТНОСТЬ П\'СК( ,СЧ
токи при скольжении $ определяется но выражению °1,э
z»(e) —
_____С»___
I (1-Нк ’)4’
(И-If)
Сопротивления элементов сети рекомендуется опро»
лить в относительных единицах, а в качестве базиепц
величин принимать мощность 100 МВ-А и напряжение
питающей сети. Перевод сопротивлений элементов сети
из абсолютных в относительные единицы см. приложу,
нио 111.
При проверке самозапуска двигателей напряжением
(> и 10 кВ активными сопротивлениями элементов сети
в том числе токопроводов (за исключением ВЛ 6—Ю кВ),
как правило, можно пренебречь и учитывать только реак-
тивные сопротивления. При нинряжопии двигателей до
1 000 В, особенно в системах ограниченной мощности,
активные сопротивления надо учитывать, так как они
часто влияют на результаты расчетов.
Напряжение источника питания должно быть выше но-
минального напряжения двигателя для тою, чтобы покрыть
потерю напряжения во внешней сети и в трансформаторе.
В противном случае напряжение на шипах при нормальной
работе будет ниже номинального напряжения электро-
прнемпиков, что недопустимо.
Прп отсутствии точных данных это напряжение в отно-
сительных единицах для расчетов самозапуска можно
принять: двигателей напря/кшшеы выше 1 ООО В —1,05,
двигателей напряжением до I ООО В—1,03.
Напряжение па выводах двигателей в начальный мо-
мент самозапуска должно обеспечить величины пускового
момента, превышающие на 0,1 моменты сопротивления
механизмов:
1 / 4-ОЛ (11-12)
где н/с(в), — моменты сопротивления механизма
и пускового момента двигателя, соответствующие сколь-
жению $, с которого начинается разгон двигателя при само-
запуске.
Определив по кривым выбега пли по выражению (I‘1-1 >
скольжение s, до которого при выбеге затормозятся JU*U'
гателп, по заводским данным находят сопротивления само-
480
^пускаемых двигателей, соответствующие этому сколь-
Euiimio Да ,ее определяют эквивалентное сопротивление
всех участвующих в совместном самозануско двигателей
с последовательно включенными реакторами. Кроме того,
учитывают индуктивное сопротивление нагрузки, питаю-
щейся от тех же шип. Наконец, определяют общее экви-
валентное сопротивление .taZ, которое складывают с сопро-
тпв ннш’М системы хс.
Для каждого самояапускаемого двигателя (при одно-
типных двигателях — для одного на каждый тип) строят
кривые механических характеристик//!; =*/(&•) при сниженном
напряжении и кривые моментов сопротивления соответ-
ствующих механизмов тс e / ($).
Чтоиы построить механическую Характеристику дви-
гателя /Па, необходимо определить напряженке на шинах
питания в первый момент самозапуска
(14 13)
п напряженно пн выводах каждого самозапускасмого дни
гателя с учетом сопротивления реактора
•rpi4"ajll
(14 14)
В процессе самозапуска величина ип в связи с увеличе-
нием Хщ несколько повысится, что улучшает условия
самозапуска. При приблизительных расчетах можно при-
нять, что в процессе самозапуска сопротивление двигателя
*= const.
Пусковой момент каждою самозанускаемого двигателя
определяется по выражению
rn^ = maeUj(b • (14-15)
где тПа — асинхронный момент, соответствующий сколь-
жению s при Нд, = 1 (определяется по заводским данным).
Для нискольких значений скольжения, начиная от
значения, при котором начинается самозапуск (до поми-
нального скольжения для асинхронных и до установнп-
шегося скольжения ву для синхронных* двигателей),
С1Р’»Я1 дли каждого двигателя: 1) кривую сниженного за
нремя самозапуска асинхронного момента по выражению
'*4-15); 2) кривую момента сопротивления приводимого
^Хапизма; 3) избыточного момента как разницу между
синхронным моментом и моментом сопротивления.
*,и16 Мукосеев Ю. Л. 481
Потом проверяют, достаточен ли избыточный
чтобы пришел в движение механизм под нагрузкой,
требуется его предварительная разгрузка.
14-4. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ САМОЗАПУСКА И
ДВИГАТЕЛЕЙ
НАГРЕВ ОЬМОток
Длительность самозапуска двигателей из промежуточ-
ного пли начального положения до полной скорости (иля
синхронных двигателей до установившегося скольжения
Sy) проще всего определять графоаналитическим путей.
Для этого характеристика и пбыточпого момента разби-
вается па участки, в пределах которых изменение моментов
происходит ни прямой, н время разгона агрегата опреде-
ляется но формуле, с:
где Ля — изменение скольжения на отдельных участках
(при разгоне отрицательно, при выбеге положительно);
п?яз1, •••» тц,| — средние значения избыточных моментов
па этих участках (при разгоне положительны, при выбеге
отрицательны). /(ля большей точности расчета интервалы
As в области резкого изменения избыточного момента не-
обходимо выбирать меньшей величины.
Длительность самозапуска трехфазных двигателей с на-
груженными механизмами часто оказывается выше, чем
при нормальном пуске. Поэтому необходимо по длитель-
ности разгона агрегата /п определить дополнительный
нагрев обмотки статора двигателя по выражению, С:
(И-17)
где/1Н— плотность тока пусковой обмоткц при нормальном
режиме, А мм2 (ориентировочно Jall = 4 ч- 5 А мм )
Поскольку самозапуск происходит редко, допустимым
считается дополнительный нагрев до 135 СС.
Перегрев пусковой обмотки синхронного двигателя
за время самозапуска (без учета отвода тепла) можно опре-
делить по формуле
!п , «» 7'м£|<
= 2г<; гп.х~ Ъ’ /„.ж»
(14-18)
где с — удельная теплоемкость, равная для латуни и мели
0,39 (Вт-с)/ °C; /цд — длительность пуска двигателя, рабо-
482
таю того п х ол 0СТУ ю, о п роде л яетс я та к же по фо р м ул о (14-1G),
но ирп ifi, ~ 0; С, — масса пусковой обмотки ротора, кг.
у синхронных двигателей с массивной бочкой ротора
пли массивным башмаком (без токовой обмотки) темпе-
niiTVpa нагрева поверх постного слоя за время самозапуска
но должна превышать 200 С, а массивного башмака —
300 С.
Ряс. 14-7. Зависимость температуры бочки
ротора от продолжительности куска и
самозапуска в величины удельных потерь
в неподвижном роторе.
Среднюю температуру нагрева поверхности бочки ро-
тора за время самозапуска определяют по удельным по-
терям в поверхности зубцов, кВт/м2:
Ч ДР0 = -^^, (14-19)
где Га = 0,65 л (11 — поверхность бочки ротора по зуб-
цам, м3 (d, I — диаметр и длина бочки ротора, м; 0,65 —
коэффициент, учитывающий уменьшение поверхности за
счет зубцов).
На рис. 14-7 нанесены кривые повышения температуры
бочки ротора в зависимости от продолжительное! ц самоза-
чуска ц величины удельных потерь в неподвижном роторе.
14-5. ТОКИ ВКЛЮЧЕНИЯ ПРИ САМОЗАПУСКЕ
Прп перерыве питания самозапускаемыс двигатели раз-
вивают на шипах присоединения остаточную я. д. с.
В начале самозапуска ври восстановлении напряжения
i/ti6* 483
сети это напряжение Uc и э. д. с. Ед могут оказать
в противофазе, так что вектор периодической составляв
щей тока
U- + E''
г* с 1 д .
У асинхронных двигателей э. д. с. Е^ меньше, чем у синх,
ропных, так что ток Г приблизительно равен пусковому
Таким образом, широко применяемые на промпредприятиях
асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, как
правило, допускают самозапуск, и расчет тока включения
Г для них нс требуется.
Для асинхронных двигателей с фазным ротором, пус-
каемых через сопротивление, проверка 1" также не тре-
буется, если до восстановления напряжения вводится
пусковое сопротивление.
У синхронных двигателей величина э. д. с. Ед за-
висит от системы возбуждения, моментов сопротивления
выбегаемых механизмов; свободный или групповой вы*-
бег; от вида повреждения сети. При несинхронном вклю-
чении, т. е. в том случае, когда Uc и Ед находятся в про-
тивофазе, а значение Ед может оказаться равным, или
даже больше напряжения сети Ес, ток включения Г
при малом сопротивлении сети может в 2 раза и более
превышать пусковой ток.
Развиваемый при несинхронном включении вращаю-
щий момент пе должен вызывать повреждений в двига-
теле. Наибольший момент возникает в том случае, когда
угол между Uc и Ед составляет 105—135°. Тогда при Ед >
> 0,5 максимальный момент двигателя [Л. 14-2]:
X 1,83-1
i—
£83
0,7е Td +0,87е А
тъ.
0,97Ед2пр
1
-,e
xd
£83
X„
1,83
। пр
+ ^Г
т'л'т
-——; — постоянная времени сверхпере-
АР
(14-21)
гдеЛ =
xодной составляющей тока (по продольной осп), РаД‘»
та — постоянная времени апериодического свободного тока
статора, рад; x’a, z'd — сверхперсходное и переходное ин-
дуктивные сопротивления машины по продольной оси,
Е д.пр = E^(j)o со — приведенная э. д. с. двигателя, т- е*
пересчитанная на синхронную скорость.
484
Опыт эксплуатации показывает, что при быстрых
включениях к. з. для синхронных двигателей мощностью
до 2 000 кВт предельно допустимыми являются моменты,
превышающие моменты к. з. в 1,5 раза [Л.14-6].
Вопрос о допустимости самозапуска с глухоподключен-
ным возбудителем более мощных синхронных двигателей,
в особенности быстроходных, решается совместно с за-
водом — изготовителем двигателя.
14-6- РЕСИНХРОНИЗАЦИЯ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
И ПРОВЕРКА ЕЕ УСПЕШНОСТИ
Если самозапуск синхронного двигателя с глухопод-
ключенным возбудителем не допустим, то перед самоза-
пуском возбуждение должно быть снято и двигатель пе-
реведен в асинхронный режим, т. с. должна быть приме-
нена схема ресинхронизации.
Гашение поля синхронного двигателя может быть вы-
полнено введением в цепь ротора разрядного сопротивле-
ния или введением сопротивления в цепь возбуждения
возбудителя.
Если при самозапуске применяется схема ресинхро-
низации, то расчет тока включения не требуется, так как
при выбеге э. д. с. синхронного двигателя обычно быстро
снижается.
Повторная подача возбуждения производится только
тогда, когда при выбеге напряжеппе на выводах двига-
теля снизится до определенной величины, зависящей от
данных двигателей (папример, до поет ^0,5
- По данным испытаний время от момента гашения поля
до повторной подачи возбуждения можно принять равным
1—2 с в зависимости от характеристики двигателей.
Время перерыва питания, в течение которого двигатель
не выпадает из синхронизма, определяется приблизи-
тельно по выражению
ta < 0,06 1 - я ("‘м-~ °’G'^>. (14-22)
мс
Под действием избыточного момента синхронный дви-
гатель разгоняется до установившегося в асинхронном
Режиме скольжения sy. Среднее критическое скольжение
5кр, с которого после подачи возбуждения под действием
входного момента обеспечивается вхождение двигателя
16 Мукосеев Ю Л. 485
в синхронизм, приблизительно может быть определи
по выражению 0
5кр—0,0G^ у^/в» (14-23)
где iB — кратность тока возбуждения при ресинхрониза-
ции (при отсутствии форсировки возбуждения ?‘в — 1).
ГЛ Л В А ПЯ ТИА ДЦА ТА Я
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ
СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
15-1. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИКИ
Применение автоматических устройств в электроснаб-
жении позволяет повысить его надежность, сократить рас-
ходы па персонал и упростить схемы электроснабжения.
Для повышения надежности электроснабжения нутом
резервирования существуют два варианте! выполнения
схем электросетей — замкнутые и разомкнутые сети.
Б замкнутой сети линии питания от одного источника
питания работают параллельно (рис. 15-1, а). Линии
иногда необходимо реактировать из-за увеличения токов
к. з. На приемных концах линий требуется устройство
направленной защиты для селективного отключения по-
врежденной линии.
Достоинства замкнутой схемы:
все линии находятся в работе, с равномерной загрузкой
и минимальными потерями; уровни напряжения более
устойчивы, так как изменения нагрузки менее чувстви-
тельны; направленная селективная защита обеспечивает
бесперебойность электроснабжения; кратковременные по-
садки напряжения при к. з. в линиях не нарушают ра-
боту большинства электроприемников, в том числе синх-
ронных двигателей.
К недостаткам замкнутой схемы относятся:
появление нежелательных перетоков мощности прп
параллельной работе двух источников; увеличение токов
к. з. п необходимость реактирования: возможность нару-
шенпя электроснабжения при к. з. на песекцпоиированных
486
nlIlHax потребителя; усложнение релейпой защиты и па-
чияие «мертвых зон» направленной защиты.
На рис. 15-1, бив приведены принципиальные схемы
разомкнутых сетей с применением АВР. Схема рис. 15-1, в
менее предпочтительна, так как вторая линия нормально
не используется для снижения потерь и, не находясь под
нагрузкой, может не включиться. Схема рис. 15-1, б
более экономична по потерям и более падеж'иа.
Достоинства разомкнутых схем:
повышение надежности из-за возможности питания от
разных источников, даже несинхронных; снижение токов
к. з. при отсутствии параллельной работы линий; более
Рис. 15-1. Принципиальные схемы замкнутых и разомкнутых
сетей.
падежная работа при двух секциях в случаях выхода из
строя одной из них; упрощение релейной защиты и отсут-
ствие мертвых зон.
Недостатки разомкнутых схем:
неравномерная загрузка линии и секций, что вызы-
вает увеличение потерь электроэнергии; мспее устойчи-
вые режимы напряжения па разных секциях; уве.гмнение
длительности кратковременных перерывов электроснаб-
жения на время срабатывания ЛВР, так что синхронные
двигатели выпадают пз синхронизма; возможности отказа
системы АВР; увеличение реактивности сети, что затруд-
няет самозапуск мощных электродвигателей.
Замкнутые схемы (сети) на промпредприятиях полу-
чил п известное распространение за рубежом; у пас в про-
мышленности до последнего времени применялись только
Разомкнутые схемы. Однако возрастающие требования
повышения бесперебойности электроснабжения привели
16* 487
к необходимости более подробного исследования Поз_
мож пости п экономпчиостп параллельной работы питаю-
щих липин G—10 кВ и трансформаторов ГПП и ТП.
Опыт эксплуатации показывает высокую надежность
систем АВР (параметр потока отказов в сетях выше
1 000 В со = 0.053 п в сетях до 1 000 В — 0.025 раза в
год), вследствие чего в спстемах промышленного электро-
снабжения в СССР наибольшее распространение получили
разомкнутые схемы с АВР.
Прп наличии синхронных двигателей и компенсаторов,
поддерживающих напряжение в сети при отключении пи-
тания. необходим пуск схемы АВР по частоте. С точки зре-
ния бесперебойности питания и сохранения непрерывно-
сти технологического процесса производства время пере-
рыва инталия прп работе АВР должно быть минимальным.
Время работы АВР, кроме принятой выдержки времени,
состоит из времени срабатывания реле автоматики,
собственного времени отключения и включения выключа-
телей, па что расходуется минимум 0,45 — 0,6 с.
Па работу большинства электротохнологических ус-
тановок при большой тепловой инерции электропечей
и т. н. такие перерывы нс оказывают влияния. Для уста-
новок электропривода требуется обеспечение самоза-
пуска асинхронных и синхронных двигателей потребителей
I категории (см. гл. 14), для чего перерыв питания за
время действия АВР должен быть минимальным. При
разомкнутой схеме работы ввода это время с учетом вы-
держек времени релейной защиты достигает 2—3 с; при
самозапуске спнхропные двигатели выпадают пз синхро-
низма п требуется их ресинхронизация. Тихоходные синх-
ронные двигатели, применяемые для привода механизмов
с постоянным моментом сопротивления, за это время ус-
певают полностью затормозиться, и их самозапуск но
может быть обеспечен — требуется вторичный пуск дви-
гателя с разгруженным механизмом.
Для сокращения длительности перерыва питания
и обеспечения самозапуска ответственных мощных агре-
гатов начали применять параллельную работу вводов,
замкнутых через шинный реактор, что сокращает перерыв
питания на время действия АВР до 1 с. }
Одним из путей сокращения времени действия АВ1
является схема, показанная на рис. 15-2.
Секционный выключатель нормально шунтируется од-
ной обмоткой специального трансформатора 1, вторая
488
обмотка которого разомкнута в рабочем положении.
Трансформатор с разомкнутой обмоткой имеет большую
индуктивность и служит реактором, ограничивающим
токи к. з. на секциях. При срабатывании автоматики
4ВР вторичная обмотка закорачивается короткозамыка-
телсм 2 со временем действия 0,002 с.
Подобные короткозамыкатели разработаны и применя-
лись для защиты механических и полупроводниковых вы-
прямителей.
При закорачивании вторичной обмотки индуктивное
сопротивление трансформатора резко падает и тем обес-
печивает быстродействующее соединение секций, которое
Рис. 15-2. Схемы
быстродействую-
ще си АВР с транс-
форматором и ко-
роткоза.мыкателе.м.
Рис. 15-3. Схема АВР па моховом сило-
вом пункте СИ.
дополнительно выполняется выключателем 3, общее время
действия АВР сокращается до 0,15 с. Работа схемы еще не
проверена в производственных условиях.
В сетях напряжением до 1 000 В положение аналогич-
ное, но поскольку АВР здесь получается дешевле, чем
в сетях выше 1 000 В, его можно применять для II катего-
рии потребителей. Если потребитель I категории имеет
небольшую мощность, целесообразно АВР выполнять
на силовом пункте цеха, отказываясь от АВР на секции
Шита ТП (рис. 15-3).
Если в схеме электроснабжения АВР имеется в сетях
До 1 000 В и выше, то по условиям самозапуска двигателей
напряжение выше 1 000 В желательно, чтобы сначала сра-
батывало АВР в сети выше 1 000 В. Возврат схемы в не
ходиое положение выполняется обычно вручную, так как
это редкая операция, поэтому выключатели вводов могут
включаться "'ручным приводом.
Для секционного выключателя рекомендуется элект-
ромагнитный привод, как наиболее падежный с питанием
489
электромагнитов включения выпрямленным оперативц,
током. Мм
Применяется также автоматическое включение резепп
ных агрегатов (насосы и др.), автоматика которых от-
носится к области автоматизированного электропривода
Второй вид автоматики в электроснабжении — авто-
матическое повторное включение АПВ, широко применяе-
мое в сетях энергосистем; в промышленных установках
имеет более ограниченное применение. Наиболее эффек-
тивно применение АПВ на воздушных линиях, где к. з
носят кратковременный характер. Поэтому все отходящие
воздушные, кабельно-воздушные линии и открытые то-
копроводы напяжепием 6—35 кВ па промпредприятиях
оборудуются устройствами ЛПВ. Что касается чисто ка-
бельных линий и трансформаторов, то здесь ЛПВ менее
эффективно и применяется иногда с целью сокращения
ступеней времени защиты. Например, трансформатор ГПП
может иметь АПВ па выходном выключателе, отключае-
мом одновременно с отходящей линией и включаемом по-
вторно после отключения к. з. на липни.
В отдельных случаях ЛПВ предусматривается ма ка-
бельных линиях, питающих несколько подстанций, где
возможны неустойчивые к. з. на их шинах.
В сетях напряжением до 1 000 В АПВ применяется
редко, например для открытых магистралей и троллеев
разливочных кранов мартеновских цехов, являющихся
потребителями 1 категории. Применение АПВ в подобных
случаях позволяет отказаться от дежурного персонала
на подстанции при наличии потребителей I категории.
В схемах электроснабжения от заводской ТЭЦ огра-
ниченной мощности должна быть предусмотрена схема ав-
томатики, выводящая ТЭЦ из параллельной работы с энер-
госистемой прп аварии последней. Эта так называемая
делительпая защита необходима для сохранения нормаль-
ного режима работы ТЭЦ, мощность которой может обес-
печить лишь наиболее ответственных потребителей пред-
приятия (например, доменные и сталеплавильные цехи
на металлургических комбинатах).
Важным мероприятием для повышен ня надежности
электроснабжения является автоматическая частотная
разгрузка энергосистемы АЧР. Аппаратура АЧР устанав-
ливается па линиях промпредприятий к потребителям
Ш и частично II категории, допускающим перерывы пи-
тания с наименьшими ущербами. При возникновения ава-
490
лии в энергосистеме, связанной с отключением частп гё-
^рцрующнх мощностей, частота в сети работающих ге-
нераторов надает, п для сохранения их в работе необхо-
димо отключить часть нагрузки. Мощность потребителей,
отключаемых АЧР, устанавливается системой, исходя
из возможности отключения мощной питающей линии
пли полного отключения наиболее мощной электростан-
ции. Аппаратура АЧР должна срабатывать при снижении
частоты до 47—48 Гц. В нормальном режиме частота со-
гласно ГОСТ 13109-67 должна иметь отклонения не бо iee
0,1 Гц и временно до 0,2 Гц.
Применение АЧР в СССР позволило избежать крупных
аварий в энергосистемах, какие имели место, например,
в США, где АЧР до последних лет не применялась.
Как указывалось, для регулирования напряжения и
компенсации реактивных нагрузок необходимо автомати-
ческое регулирование мощности конденсаторных батарей
АРК. Последнее может выполняться: по времени суток;
по напряжению; по току нагрузки; но коэффициенту мощ-
ности; по реактивной нагрузке; комбинированным.
Если реактивные нагрузки резкоперемепные, то регу-
лирование будет сопровождаться большим числом вклю-
чений и отключений, что приведет к быстрому износу ком-
мутационного аппарата, работающего в тяжелых условиях
вследствие дополнительных токов переходных процессов.
Поэтому батареи конденсаторов работают для покрытия
более равномерных реактивных нагрузок, изменяющихся
в течение суток. Наиболее эффективным будет комбиниро-
ванное АРК по времени суток с коррекцией по напряже-
нию.
В схеме АРК используются электровторичные часы
типа ЭВЧС с 24-часовой программой включения и отклю-
чения, применяемые для выдачи сигналов в определенные
часы суток, например звонки на начало и конец лекций.
В качестве блокировочного реле используется реле ми-
нимального напряжения типа РП-54 с добавочным со-
противлением, включенным последовательно для повыше-
ния коэффициента возврата. Па рис. 15-4 представлена
комбинированная схема одноступенчатого АРК по вре-
мени суток с коррекцией по напряжению [Л. 11-3]. Часы
ЭВЧС дают сигнал па включение в 7—12—16—20 и на
отключение в 11 — 14—19—23 ч. Сигнал передается па
включение выключателя В с некоторой выдержкой вре-
мени через реле времени 1В. Если при включении батареи
491
от ЭВЧС напряжение будет повышенное, то рете и Лп
женил III отключит батарею. Наоборот, если ЭВЧС от"
ключит батарею, а напряжение окажется ниже задавши
то реле 1И опять включит конденсаторы, но при повыгпепщ’
напряжения до заданного уровня даст импульс на отклю
чение. В этой схеме основная роль принадлежит ЭВЧС
а реле напряжения корректирует случайные отклонения
напряжения.
З-ЮпВ
Цепи трансформаторов
напряжения
Магистраль цепей
оперативного тока
Цепь автомата
Кнопкой
вручную
А Втомати чесни
по времени суток
с коррекцией.
по напряжению
Кнопкой
Вручную
Отключение
релейной
защиты
1Н включает прй по-
нижении напряжения
отключения от ЭВЧС
Фаза Д
Фаза В Фаза С
ЗВЧС
1Н отключает при по-
вышении напряжения
Цепь включения
ЗВЧС
Импульс
от ЭЛЧ системы
Рпс. 15-4. Комбинированная схема одноступенчатого АРК по вре-
мени суток с коррекцией ио напряжению.*
Прп отсутствии на предприятии электрических часов
применяется командный электропневматический прибор
КЭ11-12у, имеющий максимальную длительность цикла
регулирования 18 ч, вследствие чего он может быть ис-
пользован в течение только двух смей. Прибор КЭП-12}
имеет более высокую погрешность по времени цикла
(±2,5%), и схемы с ЗВЧС более предпочтительны
На преобразовательных подстанциях широко при*16-
няется автоматика, позволяющая отказаться от дожур*
ного персонала полностью пли частично и повысить на-
дежность работы. На ртутно-преобразовательных под-
492
станциях предусматриваются следующие виды автома-
тики:
а) автоматическое включение и отключение в опреде-
ленном порядке коммутационных аппаратов главных це-
деЙ выпрямителей и их собственных нужд прп дистан-
ционном управлении с диспетчерского пункта;
б) АП В в работу ртутных выпрямителей после лик-
видации обратного зажигания;
в) АВР питания собственных нужд;
г) автоматическое включение резервного фазорегуля-
тора;
д) автоматическое поддержание температурного ре-
жима выпрямителей;
е) автоматическое поддержание вакуума в пезапаян-
ных выпрямителях;
ж) автоматическое регулирование постоянства выпрям-
ленного тока (электролиз) за счет сеточного управления.
В преобразовательных подстанциях с полупроводни-
ковыми агрегатами применяется автоматическое поддер-
жание постоянства выпрямленного тока. От измеритель-
ного трансформатора постойного тока снимается сигнал,
сравниваемый с заданной величиной в регуляторе тока.
Разность сигналов усиливается магнитным усилителем
и передается подмагничивающим дросселем насыщения,
включенным последовательно в цепь силового выпрями-
тельного моста, чем и достигается постоянство выпрям-
ленного тока агрегата.
15-2. ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
-Па каждом предприятии необходима диспетчеризация,
т. е. централизованное управление электроснабжением.
Диспетчер пли дежурный инженер должен в каждый мо-
мент знать рабочее положение всех выключателей, линий,
подстанций и т. д., какие элементы схемы электроснабже-
ния отключены, находятся в резерве или в ремонте, за-
землены или пет. При возникновении аварии диспетчер
принимает меры к ее ликвидации.
В небольших предприятиях роль диспетчера выполняет
главный энергетик или старший электрик, который дает
необходимые указания дежурному персоналу непосред-
ственно или по телефону. В более крупных предприятиях
имеется специальная диспетчерская служба, подчиненная
493
главному энергетику административно п районному Ди
пстчеру энергосистемы оперативно.
Во всех предприятиях должна быть мнемоническая
схема электроснабжения, устанавливаемая в специачь
ном помещении. Для небольших предприятий схема иьь
полняется ручной, т. е. на панелях схемы положение вы-
ключателей и разъединителей показывается символами
из цветной пластмассы («вертушками»), поворачиваемыми
вручную в положение «включено» или «отключено». Дис-
петчер получает информацию от дежурного персонала
устно или по телефону и вносит необходимые изменения
в схему. Несмотря па примитивный характер такой руч-
ной мнемонической схемы, она играет важную роль в экс-
плуатации и получила широкое распространение на пред-
приятиях небольшой мощности.
На более крупных предприятиях мнемоническая схема
выполняется с частичной или полной автоматизацией,
средствами телемеханики и располагается в помещении
центрального диспетчерского пункта ЦДЛ. На крупных
комбинатах сооружается объединенный диспетчерский
пункт энергоснабжения.
Диспетчерское управление автоматизированной систе-
мой энергоснабжения (электроснабженпя, водоснабжения,
газоснабжения, теплоснабжения и т. п.) промпредприя-
тия, оснащенного современными средствами телемеханики,
обеспечивают: а) централизацию контроля и управления
системы; б) повышение оперативности управления и конт-
роля за работой сооружений и сетей системы; в) возмож-
ность установления оптимального режима работы обору-
дования и сетей; г) повышение надежности снабжения
потребителей различными видами энергии; д) полное или
частичное сокращение дежурного персонала па отдельных*
сооружениях систем энергоснабжения; е) более квалифи-
цированное управление системой, сокращение количества
аварий и быстрейшую ликвидацию их последствий.
Гелемеханические системы разделяются на многопро-
водные и малопроводные. В мпогопроводных системах
применяются многожильные кабели, в которых имеется
один или два общих провода и по одному пли два провода
на каждую операцию — телесигнализацию (ТС), телеиз-
мерение (ТП), телеуправление (ТУ) и тслерегулировапие
(ТР). Достоинство этой схемы заключается в простоте
и надежности, но недостатком является большой расход
проводникового материала. Эта система имеет ограничен-
494
#ое применение в небольших предприятиях с ма гыми рас-
стояниями между ДП п контро шруемым объектом.
В малопроводных системах по одной паре проводов
может передаваться большое количество шифрованных
импульсов, соответствующих операциям ГС, ТП, ТУ и ТЕ.
Эта система получила наибольшее распространение на
промпредпрпягпях с использованием кабелей телефонной
связи, включая рабочие линии телефонов, по которым
может быть передай сигнал без нарушения перегово-
ров.
При сооружении диспетчерского пункта и телемехани-
зации электроснабжения возникает вопрос о рациональ-
ном объеме телемеханизации, соответствующем стоящим
перед диспетчером задачам. При современном оснащении
автоматикой систем электроснабжения с применением
АВР, АПВ, АЧР, АРК роль диспетчера в управлении
выключателями сводится к минимуму; телеуправление
ими илп совсем не предусматривается, пли ограничивается
выключателями вводов от системы или ТЭЦ, выключате-
лями трансформаторов ГПП или отдельных 1П прп не-
обходимости частых режимных переключении. Для особо
ответственных объектов в цепях повышения их надежности
автоматика дублируется ТУ, одпако с предварительным
телемеханическим отключением цепей автоматики.
Наибольшее число телемеханических операций при-
ходится на ТС, которая показывает положение каждого
выключателя, а па особо крупных предприятиях — вы-
ключателей основных объектов электроснабжения. Кро-
ме того, ТС выдает общий сигнал аварийной пли преду-
преждающей сигнализации с контротируемого объекта,
по которому диспетчер направляет дежурный персонал
с ЦДП для устранения аварии или ненормальных режи-
мов — замыкания на землю в цепях оперативного токг!
и ли в сетях высокого напряжения, срабатывания газовой
защиты па сигнал и т. п.
Телеизмерение применяется в ограниченном объеме —
напряжения на сборных шинах основных узлов и тока —
на вводах и трансформаторах ГПП. Применяются сумми-
рующие устройства, например суммирующий ваттметр
нлп счетчик для показаний на ЦДП общей нагрузки всего
предприятия. Г И выполняются но вызову — имеются
общий вольтметр и амперметр, которые могут быть под-
ключены к контролируемому объекту с помощью набор-
ного диска телефонного типа.
495
В обязанность диспетчера входит поддержание ног
мольного режима работы электроснабжения, включая
соблюдение заявленного получасового максимума на-
грузки в часы максимальной нагрузки, энергосистемы. ц0
которому производится расчет с энергоснабжающей орга-
низацией при двухставочном тарифе с оплатой заяв юнного
максимума нагрузки. 13 некоторых случаях диспетчер
отключает сам пли дает указания персоналу об отключении
малоответствеппоп нагрузки с минимальным ущербом
Диспетчер контролирует уровни напряжения и работу ком-
пенсирующих устройств.
Прп изменениях режима в энергосистеме диспетчер
предприятия должен производить необходимые переклю-
чения в сетях предприятия по указанию районного дис-
петчера энергосистемы.
В часы провала нагрузки энергосистемы иногда при-
меняется включение потребителей-регуляторов нагрузки,
что также контролируется диспетчером.
На ЦДП ведется запись всех переключений, опера-
тивных работ по ремонту, профилактике п т. д. Приме-
няются бланки мнемонической схемы электроснабжения,
в которых разными цветами отмечается положение объек-
тов за смену — включено, отключено, заземлено и т. д.
Применявшиеся ранее контактные телемеханические
устройства постепенно вытесняются бесконтактными си-
стемами. с применением типовых субблоков. В перспек-
тиве следует ожидать дальнейшего развития средств
телемеханизации как элементов кибернетических авто-
матизированных систем управления производством АСУП-
Ниже приводится описание системы «Энергоконт-
роль 2020», разработанной в ВНР для управления п конт-
роля электроснабжения промпредприятий с нагрузками
до 10 МВт п 10 Мвар (рис. 15-5). Импульсные счетчикп
активной энергпи IIС ЛЭ и реактивной ИСРЭ дают каж-
дую минуту импульсные отсчеты киловатт-часов п кило-
вольт-ампер реактивных часов во временные запоминаю-
щие устройства В ЗУ АЭ и ВЗУ РЭ. Одновременно дается
сигнал в местные счетчики активной МСАЭ и реактивной
МСРЭ энергии. ВЗУ АЭ и ВЗУ РЭ выдают информацию
в суммирующие счетчики САЭ и СРЭ.
Пусковое устройство НУ с часовым механизмом осу-
ществляет пуск, включение и управление отдельными У3'
ламп установки. Имеются два генератора сигналов вре-
мени — механический МГ и электронный ЭГ. Кроме сум-
490
пирующих счетчиков, информация от ВЗУ ЛЭ и ВЗУ РЭ
идет в предварительный делитель импульсов ПДП. По-
следний каждую минуту подает импульсы в блок-счетчик
активной энергии БСАЭ, который следит за повышением
или понижением активной нагрузки и сравнивает ее с за-
программированной. Второй блок-счетчик DC 1g сс каж-
дую минуту проверяет наклон кривой нагрузки по срав-
нению с запрограммированной.
Оба блок-счетчика выдают сигнал в «сторож .макси-
мума» СМ, в задачу которого входит контроль фактиче-
Рис. 15-5. Блок-схема системы «Эиергоконтроль-2020».
ской нагрузки по сравнению с запрограммированной,
в частности 15-мипутиого максимума, по которому ве-
дется расчет с энергоснабжающей организацией. В тече-
ние 15 мин нагрузка может в отдельные минуты превы-
шать контрольную .величину в киловаттах, однако если
уже усредненная 15-минутная нагрузка начинает превы-
шать договорный максимум, то СМ выдает предупреждаю-
щий сигнал, затем повторяет сигнал и на третьей ступени
отключает часть нагрузки по заданпой программе.
Мозговым центром устройства является задатчик про-
граммы 3/7, который запоминает до 250 сигналов. Ввод
программ осуществляется перфокартами. Кроме 15-минут-
ного максимума, программируются значение коэффициента
мощности и регулирование конденсаторной батареи.
Каждые 15 мни нагрузка фиксируется цифропечатаю-
Щнм регистратором ЦПР, управление которым лроизво-
497
ди тс я управляющим блоком УГ)ЦПР. Блок предварите ц
кого деления импульсов Л//Л/7/ формирует 15 минутны*'
нагрузки в киловаттах и киловольт-амперах реактивных
и передает их в счетчик регистратора СР, а тот — в цД
роиечатающий регистратор ЦЦР. Последний цифровым
шифром отмечает дни недели (1—7). сами педели (1-52),
часы суток (1—21), четверть часа (1—4). В результате
па регистрационной ленте можно получить значение на-
грузки за любые 15 мин в течение года. Регистрируются
расход активной и реактивной энергии, выработка реактив-
ной энергии конденсаторами и другие показатели.
Эффективность диспетчеризации с применением теле-
механики можно видеть на примере Магнитогорского не
таллургического комбината. Комбинат имеет две ТЭЦ и
несколько ГПП 110 и 22U кВ. Распределение электроэнер-
гии производится па напряжениях ПО, 35. 10. 6 и 3 кВ.
До диспетчеризации и телемеханизации 48 подстанций
обслуж'ивало 210 дежурных. После автоматизации и те-
лемеханизации осталось 55 дежурных па 10 подстанциях.
11 подстанций автоматизировано и 37 телемаханизпровано.
Телеуправление выполнено для вводов, трансформато-
ров ГПП, секционных и междушииных выключателей, ТП
по вызову предусмотрено для вводов, трансформаторов
ГПП, секции шин; ТС указывает положение масляных
выключателей, аварию или ненормальный режим на под-
станции, появление земли па секции, перевод подстанции
или отдельной линии па местное управление.
Контактная аппаратура телемеханики, в частности,
типа ВРТ-53 показала высокую степень надежности —
прп количестве операций около 1U0 0U0 в год отказов
было 0.08“о.
Экономические показатели автоматизации и телемеха-
низации по Магнитогорскому комбинату приведены в таб
лице.
Показатели г. ИМ1 г 19<2 г. 11MU г. Г.»04 г. 1965 Г
1 1 ропэводптслыюсть тру- да персонала, % ... 100 IOI 5 124.5 144 156,5 165.8
Зарплата рабочих, % . . 100 102 106,2 112.9 115.8 116.9
Затраты труда в человеко- часах на 1000 кВт ч 0.197 0 173 0.И1 0.113 0.100
Затраты на 1 000 кВт • ч. коп 93,2 96,6 87.9 73,6 66.4 61.4
498
Па рис. 1.5-6 показан общин вид диспетчерского пункта
Магнитогорского металлургического комбината. На пане-
лях щита смонтированы отдельные планшеты схем под-
станции. изготовляемые заводом «Злектропульт». Па щите
Рис 15-6. Центральный диспетчерский пункт электро-
снабжения Магнитогорского металлургического комби-
ната.
смонтированы измерите п.ныс приборы, «аппаратура для
вызова ТП, аппаратура 1У, телефонные коммутаторы
и др.
В настоящее время в качестве средств телемеханики
используется бесконтактная система П XI-300, позволяю-
щая передавать на расстояние до 1.5 км большой объем
информации с каждого контролируемого пункта, что поз-
499
воляот производить укрупнение последних по террцТо
риальному признаку.
Система ТМ-300 может быть дополнена спецпальвьщ
устройством сопряжения с малогабаритной управляющей
вычислительной машиной. Последняя может, например
выполнять автоматически оперативный учет расхода энер-
гоносителей — чистой, грязной и технической воды, теп-
ла, пара, воздуха и кислорода в металлургическом произ-
водстве. Подобные устройства входят в состав автомати-
зированных систем управления производством (АСУ ]])
развитию которых уделено большое внимание в директи-
вах XXIV съезда КПСС.
ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ
ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТНЫХ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
И МЕРЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
16-1. ЗАЗЕМЛЕНИЯ В УСТАНОВКАХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ
И ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
Опасность поражения человека электрическим током
зависит от его величины п длительности прохождения.
В 1970 г. припят критерий безопасности для переменного
тока частотой 50 Гц для наиболее вероятных путей тока,
проходящих через человека (рука — рука, рука — пога
и нога — нога) [Л. 16-1], который приведен ниже.
Время действия то-
ка на человека, с 30 1 0.7 0.5 0,2 0.1
Допустимый ток че- рез тело челове- ка, мА 6 65 75 100 250 500
Напряжение при- косновения, В . 65 65 75 100 250 500
Эти токи и напряжения не могут рассматриваться, как
обеспечивающие полную безопасность, и принимаются
в качестве практических с достаточно малой вероятно-
стью поражения.
При длительности воздействия не более 30 с допусти-
мый постоянный ток составляет 24 м А и переменный
400 Гц — 8 мА. Ток частотой до 500 Гц считается пе менее
опасным, чем ток частотой 50 Гц. Постоянный ток принято
считать несколько менее опасным, чем переменный ток
частотой 50 Гц.
500
Все понятия и определения в области заземления при-
ведены в курсе «Охрана труда в электроустановках»
[JI. 16-2]; здесь приводятся лишь основные данные по рас-
четам заземляющих устройств в установках с изолирован-
ной и глухозаземлепной нейтралью в сетях напряжением
йо 1 000 В и выше. К первым относятся установки напря-
жением выше 1 000 В с малыми токами замыкания на
землю (до 500 А), ко вторым относятся установки напря-
жением выше 1 000 В и токах больше 500 А с большими
токами замыкания па землю.
Па предприятиях сети с изолированной нейтралью
применяются при напряжении 380/220 В в шахтах и на
торфоразработках, прп 500, 660, 3 000, 6 000, 10 000,
35 000 В во всех установках. Глухое заземление ней-
трали выполняется в сетях напряжением 380/220 В во
всех производственных помещениях и в сетях 110 кВ и
выше.
Установки с малыми токами замыкания па землю ра-
ботают длительно в этом режиме; задача защитного за-
земления состоит в обеспечении минимальной величины
напряжения прикосновения, под которое попадает человек,
случайно прикоснувшийся к электрооборудованию с по-
врежденной изоляцией.
При глухозаземленной нейтрали задача защитного за-
земления через нулевой провод (зануление) состоит в обес-
печении быстрого автоматического отключения повреж-
денного участка с помощью предохранителя или автомата
за достаточно короткое время. Поэтому эти установки
отпосятся к установкам с кратковременным током замы-
кания на землю.
Сопротивление заземляющего устройства состоит из
переходного сопротивления растеканию тока в почву с за-
землителей п сопротивления заземляющих проводников
между контуром из заземлителей и заземляемой частью
установки.
Для установок напряжением до 1 000 В сопротивление
заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом,
а прп мощностях генераторов или трансформаторов в
группе до 100 кВт — нс более 10 Ом.
Для установок, имеющих напряжение до I 000 В п
выше (цеховые ТП), сопротивление заземляющего устрой-
ства, Ом,
«з. у(16-1)
501
где Z3 — емкостный ток замыкания па землю сети и»т
1 000 В. ' П11е
Если имеется компенсация емкостных токов, то
самих компенсационных аппаратов расчетный / принц
мается равным 1.25 /п поминального тока аппарата.
всей сети с компенсацией емкостных токов в качестве п.~
четного /3 берегся остаточный ток после отключения ца1ь
большего аппарата, но не менее 30 А.
В установках, имеющих напряжения только выше
1 000 В, сопротивление заземляющего устройства, Ом
z? 255
но не более 10 Ом.
Для установок, имеющих напряжения до 1 000 В и
выше, получаются два значения нормативных /?3 : 4 Ом
для стороны до 1 000 В и по формуле (16-1) для стороны
выше 1 000 В. За расчетное должно быть принято меньшее
из них, как обеспечивающее безопасность.
Величина расчетного тока в формуле (16-1) может быть
снижена, если в установке имеются предохранители пли
релейная защита, надежно срабатывающие при замыка-
нии па землю. В этом случае можно принимать за расчет-
ный ток
^3 З^вст или 13 5^ 1,5/с.з,
где ZBCT — ток плавкой вставки; ZC3 — первичный ток
срабатывания релейной защиты.
В установках напряжением выше 1 000 В с большими
токами замыкания на землю Взу должно быть пе более
0,5 Ом в любое время года.
Расчет заземляющих устройств сводится к определению
переходного сопротивления растеканию тока замыкания
на землю с заземлителей в почву, зависящего от удель-
ного сопротивления слоев грунта р, Ом-м. Сопротивление
слоев грунта зависит от их состава, влажности (уровня
грунтовых вод) и температуры. Наиболее правильное
определение р грунта может быть получено путем непо-
средственного замера па место методом вертикального
электрического зондирования (ВЭЗ) [Л.16-3]. Встречаю-
щиеся на практике многослойные грунты с различными
р приводятся к расчетной модели в виде двухслойного
грунта. Рекомендуемые для предварительных расчетов
значения р различных грунтов и повышающие коэффи~
,502
цленты па промерзание грунта приводятся в справочни-
ках- После выполнения заземляющего устройства его
сопротивление обязательно измеряется; в случае расхож-
дения с нормативным принимаются меры ио его сниже-
нию путем добавления числа заземлителей или повыше-
нием проводимости грунта с помощью шлака, соли и дру-
гих веществ.
При расчетах искусственных заземлителей предвари-
тельно определяют возможность использования естест-
венных заземлителей. К ним относятся; водопроводы и
другие трубопроводы с негорючими жидкостями; обсадные
трубы артезианских скважин; металлические конструк-
ции подземной части зданий, свинцовые оболочки кабелей,
проложенных в земле. Алюминиевые оболочки использо-
вать пе разрешается.
Рекомендуется замер сопротивления естественных за-
землителей ReCT. Необходимое сопротивление искусствен-
ных заземлителей, Ом,
„ ^з.у^ест
“ИСК ~Г> 7j • •.
Пест — лз. у
Современная практика индустриального моптажа при-
вела к широкому применению в качестве искусственных
заземлителей стальных прутков 0 12—14 мм, длиной
5—6 м, которые погружаются в землю с помощью электро-
инструмента на дно котлована глубиной 0,7 м, в котором
они свариваются со стальной полосой сечением 40 X 4 мм
л in таким же прутком, образуя общий контур заземлите-
лей.
Применявшиеся рапсе в качестве электродов стальные
трубы 050 мм и угловая сталь размером 60 X 60 X 6 мм
являются дефицитными материалами и пе рекомендуются
для этого.
Стальной пруток длиной 5 м в нормальном грунте с
р = 100 Ом-м (суглинок) имеет переходное сопротивле-
ние растеканию одиночного заземлителя Rt = 22,7 Ом.
Для получения нормативного сопротивления 7?Иск под-
считывается сопротивление контура, складывающегося
из сопротивления вертикальных электродов Rn и горизон-
тальных в виде соединительной полосы /?г, включенных
параллельно;
1 J I
йцск 1 7?г
503
Вследствие явления экранирования, выражающее
во взаимном отталкивании линий стекания тока со стерщ
ней (рис. 16-1), сопротивление п одиночных вертикальных
электродов
«»]в*
Г10 г. _коэффициент использования, зависящий от чис-
ла электродов и отношения расстояния между ними к
длине электрода.
Расстояние между электродами рекомендуется д лать
пе менее их длины во избежание снижения П.- Контур вы-
Рис. 16-1. Распределение
линий тока параллельно
включенных заземлителей.
Рис, 16-2. Расположение
контура заземления.
а — при отдельно стоящей ТП,
б — при встроенной ТП; 1 —
заземлители; 2 — Внутренний
контур заземления.
полняется в виде прямоугольника, охватывающего элект-
роустановку, например отдельно стоящую ТП (рис. 16-2, а).
Если 1П встроена, то контур заземлителей выполняется
выносным и не менее чем двумя полосами присоединя-
ется к заземляющему контуру внутри ТП. Все кон-
туры заземления выполняются без вертикальных элект-
родов внутри периметра, так как такие электроды почти
полностью экранируются и являются бесполезными.
При небольших размерах контура в установках с ма-
лыми токами замыкания на землю напряжением до 35 кВ
значения цв можно брать по справочникам; там же можно
брать и сопротивление соединительной полосы с учетом бо-
лее высокого коэффициента на промерзание, так как полоса
лежит на глубине 0,7 м, обычно промерзающей зимой,
а стержни погружаются на уровень ниже глубины про-
мерзания. При этом учитывается взапмоэкранироваиие
вертикальных и горизонтальных электродов [Л.16-11-
504
Для создания сопротивления заземления 0,5 Ом в ус-
тановках с большими токами замыкания па землю на-
пряжением 110 кВ и выше необходимо сооружение сложд
пого заземлителя в виде контура, охватывающего, па-
пример, ГПП. Расчет сложного заземлителя рекоменду-
ется выполнять по методике, разработанной на основа-
нии физического моделирования и теоретических расчетов
на кафедре техники высоких напряжений МЭИ [Л. 16-41.
Сложный заземлитель с отношением сторон контура
от 1 : 1 до 1 : 2 заменяется квадратной моделью при усло-
вии равенства площадей S, общей длины L и диаметра d
горизонтальных электродов, числа п и длины I вертикаль-
ных электродов и глубиной заложения заземлителей /?.
При заданной двухслойной модели грунта с сопротивле-
ниями р! и р2 определяются размеры сложного заземлителя
в виде одной сетки или сетки с вертикальны.пи электро-
дами по периметру. Соответствующие модели заземлителей
с минимально возможным сопротивлением представляются
в виде сплошной пластины площадью S на поверхности
грунта пли в виде сплошного металлического тела раз-
мером SI, погруженного в грунт на глубину h. С помощью
вспомогательных таблиц и кривых при заданном Rиск Д’* Я
реальных сложных заземлителей в виде сетки находятся
число и размеры ячеек, а для сетки с вертикальными элек-
тродами по периметру — число и длина таких электродов.
В качестве заземляющих проводппков в первую очередь
используются естественные заземляющие проводники, ука-
занные ниже: пулевые проводники, соединенные с глухо-
заземленной нулевой точкой генератора или трансформа-
тора; металлические конструкции зданий — фермы, ко-
лонны, с устройством сварпых перемычек па температур-
ных швах; металлоконструкции производственного на-
значения (подкрановые балки, каркасы РУ, площадки,
шахты подъемников п др.); стальные трубы электропро-
водок, кроме тонкостенных в наружных установках
и в земле; алюминиевые оболочки кабелей (свинцовые
не допускаются из-за большого сопротивления); металли-
ческие трубопроводы с негорючими жидкостями.
Прп необходимости применения искусственных зазем-
ляющих проводников используются: 1) медь голая сече-
нием пе менее 4 мм2: в виде изолированного провода —
не менее 1,5 мм2 и в качестве жилы многожильного ка-
беля — не менее 1 мм2; 2) алюминий с сечениями соответ-
ственно не менее 6—2,5—1,5 мм2; 3) сталь круглая дна-
505
метром не менее 5 мм в зданиях и 6 мм в наружных уст«
повках п в земле, полосовая сечением в зданиях не менее
24 мм2 п толщиной не менее 3 мм (в наружных уставов
ках и в земле минимальное сечение 48 мм2 и минимальная
толщина 4 мм).
Заземляющие проводники в установках с глухозазем-
лепной нейтралью при напряжениях выые 1 000 В < ъ
жиы проверяться по устойчивости однофазному току к.з
с допустимой температурой нагрева до 400 сС за время
срабатывания защиты.
В установках с изолированной нейтралью с малыми
токами замыкания па землю сечения заземляющих про-
водников считаются всегда достаточными: медные — 25 мм2,
алюминиевые — 35 мм2 и стальные — 120 мм2. Минималь-
ные сечения круглой или полосовой стали магистралей
заземления должны быть не менее 100 мм2 в установках
до 1 000 В и 120 мм2 в установках выше 1 000 В.
Особое внимание должно быть уделено на обеспечение
быстрого автоматического отключения тока замыкания
па землю в установках напряжением 380/220 В с глухо-
заземленной нейтралью. Величина тока замыкания за-
висит от сопротивления цепи фаза-нуль, где нулевой про-
вод служит для защитного заземления (зануления), о чем
подробно было изложено в § 7-3. Регламентированные
11УЭ кратности токов однофазного замыкания к поми-
нальному току плавкой вставки 3 7ВСТ для невзрывоопас-
ных помещений и 4 7ССТ для взрывоопасных соответст-
вуют времени перегорания плавких вставок в течение 1с
и более, за которое человек, попавший под напряжение
прикосновения, может получить серьезную электротрав-
му. Поэтому желательно иметь более высокие кратности
токов однофазного к. з. и стремиться к уменьшению со-
противления цепи фаза — пуль.
О защитных устройствах в сетях с изолированной нейт-
ралью было сказано в § 7-3.
16-2. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТНЫХ МЕР
ЭЛЕКТРОБЕЗОИАСПОСТИ В УСТАНОВКАХ ЭЛЕКТРОЛИЗА
АЛЮМИНИЯ, КАРБИДНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ
И ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА
В установках электролиза алюминия электролизеры
напряженном 4,5—5 В соединяются последовательно в се-
рин с общим напряжением постоянного тока (до 850 В).
50G
Корпус электролизера находится под потенциалом из-за
того, что практически его невозможно изолировать от
пола. Под этим же потенциалом находится и персонал,
обслуживающий электролизер, благодаря чему открытые
шинопроводы, соединяющие электролизеры, не представ-
ляют опасности прп прикосновении к ним.
Попытки заземлить среднюю точку сети постоянного
тока привели к тому, что заземление полностью разруша-
лось коррозией в течение нескольких месяцев из-за утечки
постоянного тока. Токи утечки составляли более 1 кА
вследствие характерного смещения точки нулевого потен-
циала от средней из серии ванн к минусу.
Защитные мероприятия персонала от электротравма-
тизма состоят в предупреждении возможности попадания
потенциала земли в зону работы персонала. С этой целью
применяется изоляция строительной части: стен па 3 м
и колонн па высоте до 3,5 м от уровня пола путем покры-
тия их кирпичом, штукатуркой, керамической плиткой.
Пол выполняется из тугоплавкого асфальта с большим
сопротивлением.
Для трубопроводов, прокладываемых на высоте 4 м,
применяются резиновые вставки. Вентиляционные трубы
у ванн должны иметь разрывы с изоляционными встав-
ками. Рельсовый транспорт по полу исключается; при-
меняются напольные самоходные машины с пневматиче-
ским механизмом для пробивки корки электролита.
Силовая сеть 380 В в корпусе электролиза, питающая
двигатели, установленные па электролизерах, работает
с изолированной нейтралью и питается от отдельных ТП.
Сами электродвигатели на электролизерах питаются на-
пряжением 220 В от групповых разделительных трансфор-
маторов 380/220 В по одному на два-три электролизера
также с изолированной нейтралью. Число электролизе-
ров. обслуживаемых одной бригадой 40—50 чел., ограни-
чивается до 20.
Магистрали 380 В выполняются проводом марки АИР
на изоляторах. Применение кабелей с металлической обо-
лочкой запрещается.
Наибольшую опасность для персонала представляю?
краповые установки — технологические (штыревые) и мон-
тажные крапы. Технологический кран имеет штангу
грузоподъемностью 10 тс для работы с анодными штырями
(электродами) электролизера, т. е. касается непосред-
ственно части, находящейся под потенциалом электроли-
507
зера. Кроме механизма штанги, имеется механизм поцъел
с крюком, рассчитанный на груз до 10 тс. Съем а '1Юч,а
нпя производится вакуумным ковшом, подвешенным н'
крюке. ia
Монтажные краны выполняются мостовыми с
и вспомогательным подъемом 75/20 или 125/20
ной тележке.
главным
тс па од.
Для защиты персонала — краповшпка и рабочих на
электролизере — предусматриваются три ступени изоля-
ции, каждая но менее 1,5 Мом: изоляция крюка от грузо-
вого троса; изоляция подъемного механизма от рамы те-
лежки крана; изоляция рельсов тележки от моста крана.
Подкрановые рельсы вдоль цеха заземляются.
Изоляция должна контролироваться автоматически,
для чего разрабатываются специальные устройства, так
как периодический контроль не всегда достигает цели.
Корпуса электрооборудования па мосту крапа зазем-
ляются через мост и подкрановые пути. Тележка и кабина
крановщика изолируются от моста крапа; корпуса элект-
рооборудования в кабине пе заземляются.
Двигатели вентиляторов, дымососов электрофильтров
и Других вспомогательных механизмов устанавливаются
вне электролизного помещения и, как и освещение, пи-
таются напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью.
Электропроводка выполняется только изолированным
проводом па фарфоровых изоляторах; применение кабелей
со свшщовой пли алюминиевой оболочкой и броней не
допустимо.
Включение разделительного трансформатора для сни-
жения емкостных токов вторичной цепи применяется также
в установках крупных электропечей для производства
карбида кальция. В установках этих электропечей маги-
страль заземления корпуса печи очень быстро выходит
их строя вследствие коррозии от токов утечки.
Электродвигатели постоянного тока подъема электро-
дов со всей аппаратурой могут перенести потенциал си-
ловых сетей па короткую сеть или выводы низкого напря-
жения печного трансформатора. Для предотвращения
такого выноса потенциала все устройства постоянного
тока питаются от выпрямителей, которые в свою очередь
питаются от силовой сетп цеха через разделительный
трансформатор. От последнего питаются цепи контроля
и сигнализации аппаратов, расположенных на самой
печи.
508
В установках высокочастотного нагрева необходима
защита от электромагнитного излучения с точки зрения
охрайы людей п устранения радиопомех.
Частоты звукового диапазона до 10 кГц нс создают
опасных излучений. При частотах в десятки килогерц
и выше, получаемых от ламповых генераторов, норми-
руется напряженность электрической составляющей
электромагнитного поля Е в вольтах на метр. Согласно
[Л. 16-21 в местах нахождения работающих напряжен-
ность электрического поля должна быть не более
Е =С 5 В м и на рабочих местах у индукционной печи и у
закалочного контура не более 10 В/м.
Основная мера защиты — экранирование с помощью
алюминиевых или медных экранов. Экранированию под-
Рис. 16-3. Экранирование устано-
вок высокочастотного нагрева.
] — кабель ввода силовой и освети-
тельной нагрузки; 2 — фильтр для
уокон высокой частоты; 3 — силовой
пункт СП; 4 — генератор высокой, ча-
стоты; 5 — индуктор; в — металличе-
ский экран, 7 — электроосвещейНе.
лежат генераторы, сети, конденсаторы и индукторы вы-
сокой частоты. При расположении установок токов вы-
сокой частоты в отдельных помещениях возникает эффект
отражения потока излучений, вследствие чего регламен-
тируются минимальные объемы этих помещении: нрп
мощности установки до 30 кВт — пе менее 40 м3 и прп
30 кВт п более — не менее 70 м3. Помещение должно быть
экранировано по условиям ограничения излучения радио-
помех, желательно сплошным листом, с шести сторон
(стены, пол п потолок).
Заземляющие проводники выполняются медными, так
как при токах высокой частоты сопротивление стальных
резко возрастает.
В помещении делается общий кабельный ввод для пита-
ния силовой и осветительной нагрузок. Этот кабель мо-
жет служить в качестве антенны, излучающей высокочас-
тотное поле. Для предотвращения таких излучений, уро-
вень которых тоже регламентирован, ма вводе кабеля
в помещении устанавливается фильтр LC из индуктивно-
стей и емкостей, который не пропускает токи высоких
частот в силовую сеть цеха (рис. 16-3).
509
Экранированию сплошными листами подлежат уСтп
повкп с кратковременными излучениями большой моцц □'
сти в испытательных установках высоковольтных уст'
ройств, где разряды и перекрытия изоляторов при пап ш-
жепиях в миллионы вольт дают мощные импульсы излу-
чении. Как показал опыт, применение сеточных экранов
не дает надлежащей эффективности экранирования, вы-
ражаемой
q __^эк
где Яо — напряженность электрического поля без экрана*
7/эк — напряженность электрического поля при наличии
экрана.
16-3. ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Заряды статического электричества возникают при
трении движущихся частей, например при протекании
жидкостей по трубам, при движении приводных ремней
и даже при движении человека по полу, способствующему
электризации — шерстяной ковер или линолеум. Ниже
приведены возможные потенциалы, кВ, создаваемые за-
рядами статического электричества [Л. 16-51 в зависимо-
сти от места и условий возникновения зарядов.
Протекание химически чистого бензола по стек-
лянным трубам.............................. До 0.8
То же по стальным ........................... » 3.6
Обработка каучука на пальцах ................ » 15
Движение резиновой ленты транспортера с сы-
пучими веществами ........................... » 45
Кожаный ремень прп скорости 15 м/с......... » 80
Общеизвестно появление статических зарядов па чело-
веке при пользовании одеждой и бельем из синтетических
и шерстяных материалов. Длительное хождение по су-
хому полу из линолеума может создать на человеке, оде-
том в синтетические материалы, потенциал в 4—8 нВ.
Если в быту это создает известные затруднения, то в усло-
виях промпредпрпятпй, где имеются пожароопасные* и
взрывоопасные помещения, такие потенциалы могут
быть источниками искр и вызвать пожары и взрывы.
Ущербы от пожаров и взрывов из-за статического элект-
ричества в США составляют около 100 млн. долларов
в год.
510
Помимо пожаров и взрывов, в ряде случаев заряды
нарушают технологию. Например, в производстве искус-
ственного волокна заряженные нити отталкиваются друг
от ДРУга 11 пе скручиваются в общую нитку.
Для борьбы с зарядами статического электричества
проводятся различные мероприятия. Оборудование счи-
тается электростатически заземленным, когда сопротивле-
ние току утечки не превышает 1 МОм, практически не
электризуется и защиты от статических зарядов не тре-
бует.
Принципы защиты от зарядов статического электриче-
ства состоят в предотвращении, где возможно, их появле-
ния и отвода в землю там, где они неизбежны.
Во взрывоопасных помещениях недопустимо примене-
ние оборудования, создающего статические заряды —
вальцы, ременные передачи, если не приняты специаль-
ные меры по предотвращению зарядов — применение
электропроводящих пленок и смазок; заземление металли-
ческих частей установок с сопротивлением заземлителей
не выше 100 Ом. Заземлению подлежит все оборудование,
все емкости и трубопроводы. Последние снабжаются
перемычками на фланцевых и глухих стыках с уплотне-
нием, которые остаются присоединенными при разъеме
основных соединений.
Параллельно проложенные трубопроводы соединяются
перемычками через 20—25 м, а также па пересечениях
в целях выравнивания потенциалов. Скорости движения
жидкости в трубах ограничиваются. Например, для серо-
углерода в трубе ф 24 мм—не более 1 —1,5 м с. Заряд
пропорционален диаметру и скорости; так как при по-
стоянном расходе с увеличением диаметра скорость рас-
тет медленнее, то выгоднее применять увеличение диа-
метров.
Для предотвращения появления зарядов применяются
электропроводящие пленки и смазки, включающие гра-
фит, сажу, ‘ олеиновокислый магний и другие вещества
с сопротивлением не выше 107 Ом-см; для смазки ремней —
не выше Ю5 Ом-см.
Предотвращение зарядов создает увлажнение воз-
духа — общее или местное до 70 'о или увлажнение раз-
личных поверхностей (пола), которое контролируется.
Применяется ионизация воздуха или среды в местах
появления статических зарядов. Для этой цели в качестве
нейтрализаторов статических зарядов служат радноак-
511
тп иные ионизаторы — изотоны, обращен ио
требует специальных мер безопасности.
с K°TopldMJ1
Для той же цели служат индукционные noiirpmIlla
торы, состоящие из заземленной металлической грсбецКц
пли метелки, расположенной над заряжаемой поверх,
постыл (рис. 16-4).
При возникновении заряда на рабочей поверхности
например, ремне конвейера, в гребенке будут иидуццро.
Рис. 16-1. Уста-
новка индукцион-
ного нейтрал иза-
тора.
ваться заряды противоположного знака
которые будут стекать с острых концов
иголок. Напряженность поля стано-
вится настолько большой, что происхо-
дит ударная ионизация воздуха и ионы
нейтрализуют заря к •
Для защиты людей, работающих
в установках, связанных с трением —
полировка, чистка, протирка, про-
мывка, служат следующие меры. Полы
1 — .'Пряжагыап по-
верхность; S— метал-
.тчееквя гребет а
нейтра шзаторл.
выпо шлются электропроводящими с до-
бавлением различных веществ, спи ка-
ющих удельное сопротивление р щ
10е Ом-см и ниже — пенобетон, ксило
лит и др. Используется проводящая обувь — кожаная
или резиновая подметка с токопроводящими заклепками.
В производствах, где могут образовываться статические
заряды, запрещается ношение одежды и белья из синтети-
ческих материалов, а также колец и браслетов, так как
на них аккумулируются заряды.
КМ. МОЛШ1ЕЗЛЩИТЛ ПРОМЫШЛЕННЫХ зд\пип
И СООРУЖЕНИИ
Поскольку все основные понятия о природе молнии
и молнпозащиты электроустановок приводятся в курсе
«Техника высоких напряжений», здесь излагаются основ-
ные но тожеиня по особенностям молпнезащиты промыш-
ленных зданий и сооружений.
Согласно |«1. 1-Я| все здания и сооружения с вн-
к и зрения молппезащиты разбиваются на три катего
рии.
К I категории относятся производственные здания
и сооружения со взрывоопасными помещениями классов
В-1 и В II ио ПУЭ.
|[ категория включает здания и сооружения с взрыво-
опасными помещениями классов В 1а, В 16, В-1г и В-11а
по ПУЭ.
Все остальные здания и сооружения, включая пожаро-
опасные помещения классов П-1, II 11 и 11-Па, относятся
к III категории.
При наличии помещении
в о дном здании, требующих
устройства молнпсзащнты но
(кН или 1 и III категории,
ре ко мен дуете я мол и иезащн ту
всего объекта выполнять по
требованиям 1 категории.
Если помещения, требую
щи(» защиты но 1 категории,
невелики и нс превышают
30% объема всего здания, то
молниезащиту можно выпол-
нять по II категории.
Молпиезащнта I катего-
рии выполняется отдельно
стоящими стержневыми или
обеспечивающими зону защип.!, аналогично тому, как это
имеет место для электростанции и подстанций. 11а рис. 16-5
2
рис. 16-5. Отдельно стоящий
стержневой молниеотвод.
I — ЛП1ЦИ1Ц.К*МЫП оГ>1ЛКТ: S — м<
та л шческмс коммуникации.
тросовыми молниеотвода мн,
Рис 16 6. Oi.u'.ii.ifo <юлщин ip<»< <»nuii молппеогнод.
I -элитней мьы гн'илчт, 9— м< ы i шч< -спи» коммупш .ниш.
и !<»-<> показаны нормированные габариты приближения
молниеотводов и заземления к объектам по воздуху и в
земле $3. Последнее связано с опасностью заноса высоких
потенциалов в защищаемые сооружения.
513
Рис. 16 7. Стеря»ненов мол пшют -
вод, изолированный от злщ1пцис-
мого (/) объекта деревянной стой-
кой.
Величина sa определяется из соотношения для степ
новых молниеотводов s, — 0,5 /?„ и для тросовых М|)
отводов s, « 0,3/?и, где //„ 10 Ом — величина импульс!
ного сопротивления каждого заземлителя защиты от цря!
мых ударов молнии, по не мспее 3 м.
Если подземные сооружения не позволяют разместить
молниеотвод близко к зданию, для I категории разрешается
установка изолированных молниеотводов на защищаемом
здании, например, с деревянной стойкой, на конце кото-
рой устанавливается стальной молпиепрпемник сечением
не менее 100 .мм2 и от него
делается токоотвод сталь-
ным тросом диаметром ио
менее 6 мм (рис. Н>-7).
Величина удаления но
воздуху .% зависит от рас-
стояния I от точки .1 —
наиболее опасной но воз-
можности перекрытия на
защищаемое соор) жен не—
до заземлителя и импуль-
сного сопротивления за
землптелей /?и и опреде-
ляется для стержневых
и тросовых молниеотво-
дов по спецпа и.пым кри
BI.IM |.|. 1-81.
Если на объекте имеют
ся трубы, выделяющие
взрывоопасные газы, то .% увеличивается на зону взрыво-
опасности около 5 м.
Кроме защиты от прямого удара молнии, необходима
защита от электростатической и электромагнитной пн (ук-
цин. Первая выно шлется путем заземления всех металли-
ческих корпусов, оборудования и аппаратов, установлен-
ных в защищаемых зданиях, через зазе.м leiine электрообо-
рудования или специальный заземлитель с сопротивлением
растеканию тока не более 10 Ом.
От электромагнитной индукции защищаются протя
жепные металлнческие предметы (трубопроводы, оболочки
кабелей, каркасы сооружений) в местах сближения и че
роз 20 м длины на параллельных трассах устройством ме
таллнческих перемычек*, чтобы избежать появления ра-
зомкнутых Металлических контуров.
Защита по 11 категории может быть выполнена не-
сколькими сносоиамп:
а) отдельно стоящими пли устлповленпыми на зданиях
неизолированными стержневыми пли тросовыми милние
отводами, обеспечивающими защищенную зону;
б) молниспрпемнон соткой, накладываемой на неме-
таллическую кровлю под слой утеплителя пли гидро-
изоляции (рубероид, то п. и др.) и заземленной;
в) использованием металлической кровли с заземлением.
Рис. 16-8. Лона защиты одиночной» мол-
н11<-о||к>да.
В качестве токоотводов рекомендуется использование
металлических конструкций — колони, ферм, рам, по-
жарных лестниц, шахт лифтов и др.
Наружные металлические установки, содержащие взры-
воопасные газы (класс В-1 г), имеющие толщину стенки
емкостей и аппаратов 4 мм и более, просто заземляются,
а нрп более тонких стенках защищаются молниеотводами
с токоотводамц, установленными отдельно или на самом
сооружении.
Защита от электростатической и электромагнитной
индукции выполняется аналогично, как и для 1 категории.
Защита III категории выполняется, как и для 11 кате-
гории, с некоторыми облегчениями. Так, молниеприем-
пая сотка в крышах зданий может быть выполнена более
редкой — 12 12 м, а пе 6 6, как и для 11 категории.
515
Величина импульсного сопротивления каждого за.че
лителя прямых ударов молнии может быть повышена .
20 Ом. 40
Рис. 16-9. Зона защити двойного стержневого молние-
отвода.
я — при одинаковой высоте молниеотводов; б — прп разной вы-
соте молниеотводов.
Защитные зоны стержневых п тросовых молниеотводов
здании и сооружений рассчитываются ио упрощенной
методике ЭНИН имени Г. М. Кржижановского. Д гя
одиночного стержневого молниеотвода высотой h до Ь0 м
516
I защитная зона определяется ломаной линией образующей
I двух конусов. Первый конус имеет высоту h и радиус ос-
I дования 0,75 h. Второй — высотой 0,8 h имеет радиус ос-
’ новация 1,5 h (рис. 16-8).
Зона внутри указанных конусов и является защитной.
При высоте молниеотвода 61—100 м защитная зона
также состоит из двух конусов высотой h и 0,8 Л, но ра-
диусы основания принимаются постоянными: соответст-
венно 45 м для конуса с полной высотой h и 90 м для конуса
с высотой 0,8 /г.
При двух стержневых молниеотводах, расположенных
на расстоянии £не более 5 h, зона защиты между ними у ве-
личивается, так как они экранируют друг друга. Верхняя
граница зоны получается как дуга окружности, проходя-
щей через вершины молниеотводов с центром, находя-
щимся на высоте II — Ah, на перпендикуляре, восстанов-
ленном из середины расстояния между молниеотводами
L/2 (рис. 16-9).
Торцовые зоны определяются, как для одиночных
стержневых молниеотводов, а промежуточные — опять
по аналогичной фигуре двух конусов высотой и 0,8 hQl
где /?0 соответствует точке на дуге окружности.
При различной высоте двух стержневых молниеотво-
дов расчет ведется графически, как и для молниеотводов
подстанций: дуга проводится через высоту меньшего
молниеотвода и точку с высотой h2 на конусе защитной
зоны большего молниеотвода и т. д.
При тросовом молниеотводе защитная зона строится
аналогично, только вместо дуги окружности верхняя гра-
ница зоны определяется самим тросом. При двух парал-
лельных тросах опять строятся защитные зоны в виде
окружности с центром II — Ah, где h — высота подвески
тросов в данном поперечном сечении.
Применяются номограммы для расчета защитных зон
молниеотводов [Л. 16-61.
Расчет заземлителей и их конструкции аналогичны,
как и для подстанций.
517
ПРИЛОЖЕНИЕi
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
РАСЧЕТ НАГРУЗОК
Пример 1. Расчет электрических нагрузок при помощи коэф
фицнентов спроса. *
В табл III I приведен пример расчета электрических нагрузок
при помощи коэффициентов ( Проса и мощности по заданным номи-
нальным мощностям отдельных характерных групп элсктронрп-
ем никои.
По каждом группе электропрпемипков определяются активные
и реактивные нагрузки, которые складываются геометрически.
Мощность конденсаторов 380 В борется со знаком минус. При рас-
чете нагрузок на стороне напряжения выше! ООО В добавляются ре-
активные потери в трансформаторах, соответствующие принятому
коэффициенту вагрузки А, = 0,7. Активными потерями можно
пренебречь, поскольку их величина составляет менее 1,4% актив-’
пой нагрузки, в то время как реактивные потерн составляют 14,5%.
Прп сложении нагрузок нескольких цехов или всего завода
вводится коэффициент совмещении максимумов Л'£== 0,95, умно-
жением на который получаются расчетные величины максимумов
активной, реактивной и полной нагрузок.
Для подсчета расхода улектроэнергни принимаем для маши-
ностроительного завода Гм = 3 800 ч и 3 0<Ю ч (с учетом
комиетк второй).
Годовой расход активной энергии
- Рм7’м 22 700 • 3 800 = 86,5 • 10» кВт • ч.
Годовой расход реактивной энсргпн па стороне Г» кВ
Г г •« QM7’M. р - 8 150 • 3000 •= 24,4 • 10е квар • ч.
Средневзвешенный на сторона 6 кП
24.4
tg Фе «"=0,282; cos Фв = 0,95.
а
Потери реактивной энергии в трансформаторах ГПП опреде-
ляются но формуле
д| «г г 4--’в“к ет
А,т 1иГ/вк-|+ ю<Г‘!>тТт-
518
Таблица Ш-1
Наименование узлов пптипип и групп И,-1С|СТРО11Р»|СМ1111КОП 1 и» кВт кс СО-. <р ШФ Г‘м> кВт ^М’ киар вм» кВ • А
I О •в 3 4 5 в 7
М с х а н о с б о р о ч и ы й це X Метплло|К‘Л{>’пц№ станки крушил i рнишио про- изводит на Станки автоматы, штам- повочные прессы Всвти гягоры саптсзши'Ю скис Паслсы, диктате ти-гене- раторы Краны, тельферы (при 11U =100%) Электропечи сопротивле- ния автоматизирован- ные С ларечные машины стыко- вой и точечной сварки 2510 2820 815 615 315 845 285 0.2 0,25 0,65 0.75 02 0,75 0.3 0,5 1,73 0.65 ГП 0.8 0,75 0.85 0.G2 0.5 1,73 0,95 0,33 0,6 1,39 508 705 530 483 63 633 86 880 803 396 300 109 200 119
Электроосвещение 320 0,9 1.0 оТГ 288 * *
/ Итого по цеху 8585 0,385 0,76 0,80 3296 2816
1и жо с /i*a=s 0,95 Конденсаторы 0,38 кВ (160 кнарХЙ) 0,365 0,76 0,86 • 3140 2670 —1280
В с о I о па» ру зки 0,38 кВ 0,91 0/5 3140 1390 3460
Вопри в трансформато- рах (5Х 1009 кВ • А, 7i , as 0.7) 5 (И + 53, У- 0.7») = 202 202
Всего по ТП механо сборочного цеха на стироне 6 кВ 8585 0,365 0.89 0,51 3140 1592 3540
519
Продолжение табл. П1-1
Наименование узлов питания и групп элентронрпемников Ли кВ г кс CQS ф tg<P Рм. кВт квар s-.p кВ . д
1 2 3 4 5 6 7
Сталелитейный цех Сблокированные меха- низмы приготовления земли Вентиляторы, эксгаусте- ры 655 845 0.65 0.7 0.75 0,88 0,8 0,75 425 590 374 432
Крапы (при ПВ = 100%) 1560 0,3 0.5 1.73 467 810
Печи сопротивления с неавтоматической на- грузкой 420 0,8 0,95 0,33 336 111
Металлорежущие станки мелкосерийного произ- водства 185 0,14 0,5 1,73 26 45
Освещение 210 0,9 10 0,0 188 —
Итого по цеху 3875 0,53 0,75 0.88 2032 1772
То же с А\ = 0.95 0,5 0,75 088 1920- 1680
Конденсаторы 0.38 кВ (160 квар X 5) * —800
Итого нагрузки 0.38 кВ 0,91 0.46 1920 880 2120
Потери в трансформато- рах (3X1000 кВ - А; = 0,7) 3(14 + 53,6 - 0.72) =121 • 121
Всего на стороне 6 кВ ТП цеха / 089 0,52 1920 1001 2160
Дуговые электропечи (2x1 800 кВ А) 3240 0,75 0.9 0,48 2402 1160 2700
520
Продолжение таб1. Ш-t
Наименование узлов питания и групп элсктроприемни ков кВт кс COs у. tg<₽ кВт Чм» квар кв • А
1 2 3 4 3 6 7
Компрессор с синхронным двигателем 6 кВ 600 0.9 0.9 0.48 540 -260
Всего на стороне 6 кВ 7 715 0,63 0,93 4 880 1901 5250
цеха 0,4
Общая нагрузка РП-1 для механосборочного и сталелитейного цехов 16 300 0,49 0,92 0,43 8020 3493 8700
То же с = 0,95 16 300 0.47 0.92 043 7 600 3320 8250
Нагрузка ГПП ГЮ кВ
РП-1 16 300 0,47 0.92 0,43' 7 600 3320 <
РП-2 (синхронные двпга- 6 250 0.6 0,85 3 740 —2320
тел и) 0.62
РП-3 13 2 40 0,33 0.87 0,57 4 380 2500
РП-4 18 290 0,29 0.85 0,62 5 310 3295
ТП18-22 7 600 0.37 0.84 0,65 2 810 1825
Итого но ГПП 61 680 0,39 0.94 0.36 23 840 8620
То же с Ка=0,95 (па 6 кВ) 61 680 0.37 0,94 0,36 22 700 8150 24 200
Потерн в трансформато- рах ГПП (2X25 MB-A, Zf3 = 0.5) 0,8+ 105.^. 50 • 1710
Итого па стороне 61 680 0.37 0.91 22 700 9860 25 000
110 кВ 0.44
17 Мукосеев 10 Л.
521
Принимаем Гвкл = 8 700 я. Для подсчета тт пользуемся вьп
жеинсм • 1
Tl = 87^O,t24+-L_£_£j =
Jz86,52 + 24.4- • 10“ 2
= 8 7(Ю (0,1 + 1UWO.,5UW ) = 2 <.Г.0
Опережающую реактивную мощность синхронных двигателей
которую необходимо использовать для компенсации реактивных
пагру юк, более точно подсчитываю! но выражениям, приведенным
в § 11-5.
Реактивные погори холостого хода в трансформаторах ГПП
—^-•50 000 8 700 = 3,48 10“ квар я.
Реактивные потери короткого замыкания
0 52 • 10 5
™ 000 2 060 = 2,71 • 10е квар • я.
Всего реактивные потери (3,48 4- 2,71) -10“ = 6,19 -10сквар -я.
Расход реактивной энергии на стороне 110 кВ
Ир = (24,4-|-6,19) • 10“ = 30,59 • 10“ квар • я.
Средневзвешенный 1g Ф||0 на стороне 110 кВ
30 59
18фио=-^з-= 0.352; cos Фпо = 0,91.
Пример 2. В табл. П1-2 дана форма расчета нагрузки в цеховом
сети трехфазиого тока напряжением 380 В.
Все электропрпе.мники объединяются в характерные группы
с одинаковыми коэффициентами использования и мощности. По
каждой группе определяются средние нагрузки — активные и ре-
активные и складываются отдельно.
Отношение суммы i рафы 9 к сумме графы 5 дает среднее значе-
ние Л'и = 0,эЗ. В графе 11 подсчитывается эффективное число
электроприемпиков при т = 5,6 и Л’и = 0,53 делением общем по-
минальной мощности на половину мощности максимального электро-
нрпемиика. По найденному значению «э = 32 по табл 5 1 нахо-
дится Ам = 1,15 п в графе 13 пишется максимальная активная на-
грузка. Максимальная реактивная нагрузка при п3 = 32 прини-
мается равной средпесмеииой и записывается в графу 14. В графе 8
записывается tg <| и cos <[' максимальной нагрузки, по которым опре-
деляется полная расчетная мощность, указанная в графе 15.
В графе 16 указываются соотвстствуювще максимальные /«
п пиковые /п токи. •
При подсчете пикового тока по упрощенной формуле
= Н- *п. макс = 500 1 220 = 1 720 А,
что дает погрешность 6,5% по сравнению с точным расчетом с гео-
метрическим сложением токов, которая лежит в пределах принятой
точности расчетов..
522
Опережающая реактивная мощность синхронных двигателей,
которую в конкретных случаях необходимо использовать, более
точно определяется, как указывалось в § 11-5
Пример 3. Расчет нагрузок от однофазных элсктроприемников.
Даны следующие электроприемппки напряжением 220 В:
а) электропечи нагрева мощностью 2 X 60 + 3 X 40 + 5 X
X 25 = 365 кВт с cos =Д1;
б) установки токов высокой частоты мощностью 2 X 30 +
4 X 20 + 5 X 12 = 200 кВт с cos <р = 0,8.
Расчет ведется по каждой группе отдельно
Электропечи нагрева распределяются по фазам: фаза /X — 60 4-
+ 40 4~ 25 = 125 кВт; фаза В — 60 4- 40 4~ 25 = 125 кВт; фаза
С — 40 4- 3 X 25 = 115 кВт Величина несбалансированной мощ-
ности составляет 10 кВт, сбалансированной 3 X 125 = 375 кВт.
Отношение несбалансированной мощности к сбалансированной со-
ставляет всею 2,7% и в графу 5 табл. III 2 записывается натураль-
ная мощность электропечей нагрева 365 кВт.
Установки токов высокой ч; стоты распределяются по фазам
следующим образом: фаза А — 30 -|- 2 X 20 — 70 кВт; фаза В —
30 -р 2 X 20 70 кВт, фаса С — 5 X 12 — 60 кВт.
Величпп.1 несбалансированной мощности составляет 10 кВт,
сбалаш проваппой мощности 3 X 70 = 210 кВт Отношение несба
лансированной мощности к сбаланспропаппой составляет всего
4,7%, и в графу 5 табл. III 2 записывается 200 кВт.
При совместном рассмотрении нагрузок >локтропсчей нагрева
и установок токов высокой частоты степень небаланса будет еще
меньше.
В табл. 1112 дан подсчет натру юк термического отделения цеха
с электропечами. высокочастотными установками и вентиляторами
Пример 4. Расчет нагрузок сварочных машин.
Даны сварочные точечные Акинины напряжением 380 В, мощ
нослыо 2 X 100 4* 3 X 75 -|- 4 X 40 = 585 кВ «Л с номинальной
11В = 20%.
Раснреде 1яем мощности сварочных машин но фазам:
фазы АВ 2X100 ............ 200 кВ А
фазы ВС 2x754-1x40.........190 кВ А
фазы С А 1 X754-3X40 ...... 195 кВ Л
Поскольку неравномерность по фазам мала, расчет ведется по
фазам АВ с присоединенной мощностью 200 кВ «А.
Согласно данным табл. 5-6 принимаем Лч — 1 п ПВф= 0,05.
Средняя нагрузка одной машины <?с == 100 X 0,05 = 5 кВ «А.
Среднеквадратичная нагрузка одной машины $Ск — 100 X
X |/0Д)5 = 22,4 кВ - А.
Среднеквадратичная нагрузка фаз АВ
ScK.\ir= I 2 • (5)2 4- 2 (22,42 _ 52) = jzП)5б = 32,4 кВ А.
Общая среднеквадратичная нагрузка (варочных машин 5Ск =
= 32,4 X 3 = 98 кВ -Л.
При соя (р = U,6 активная нагрузка 0,6-98 = 59 кВт и реак-
тивная 1,39 X 59 = 82 квар Эти нагрузки складываются с макси-
мальными нагрузками других электроприемпиков, как и нагрузка
электроосвещения.
17*
523
a
X
Коэффициент макси-
мума X’
я
р
Е
OJ
з:
реактивная
Qv, квар
Расчетные тонн
/м fn, &
Рн.мвкс
Эффективное число
в лектроприсмников
н
Таблиц* JIJ-
X
£
*-ч » «X »с □ СП
X 5 X = X
81 Si5
ВИЧ
I <
г •**£
м XJ X X Ь-w *—
2 '. L
с -
0 Я + С tc
н X
Е Сл
8 о и» с н
14 Наимен* ванне у it<hi и i pyuu lumiuul
Число электро прием- ников, рабочих ре- зервных п
одного наи- большего,’ наимень- шего рп Поминальная мощность, кНг
сл общая рабо- чих резерв- ных Ра О
m рн. млкв/''н. мин
К >ЭффИЦП< НТ ИСПОЛЬ-
вования X
активная
см* кВт
реактивная
Q, м. кваР
активная
кВт
полная Я
кВ • А
Наименование узлов и груди питания « £ У Е X Номинальная мощность, кВт / HtUV ЧГб
’U/U IN’ Число электр никои, рабоч зервных п одною наи- большего/ наимень- шего р„ общая рибо- чих/резерв- ных е А,
1 •> 3 4 5 Г'
6 7 8 Термическое отделсппе Электропечи hhiрева неавтома- тические (2 х 60 Н- 3 X 40 4- 2 х 25 кВт) Установки токов в. ч. Вентиляторы (2Х284-ЗХЮ кВт) 10/- 11/- 5/- 60/— -/10 365/— 200/— 86 -
9 10 Итого по поз. 6—8 Итого по поз. 1—8 (гц = 1 228,30) Сварочные машины Освещение 26;- 64/— 9/- 6о 10 1 228 157/- 92 — 6
Всего по цеху (ноз. 1-10) Конденсаторы 0,38 кВ (2 х ИО квар) 73/- 1 477 -
Всего с конденсато- рами Потерн в трансформаторах (1X10004-1X6:30 кВ А; А'3 = 0,62) 114-12.64- 4- (56,34-33,6) - 0,622 = 61 • ч
Всего на стороне 6 кВ
526
Продолжение табл. Ш-2
исноль- Средняя по- грузка за наиболее Загруженную смену ЧИСЛО никои макси- Максимальная нагрузка X О- « Е< »“ч с q
Кс зффициен г зования К,, И Cus <Г tg <р щя *кя,/ ШМШИЛ.ЧИ | лини luuiMd Аффективное электронпнем 21 н, а Коэффициент мума к активная Гм, кВт реактивная QM, квар полная .S.,, кВ • А
7 8 9 10 И 12 13 14 15 16
0.5 % < 4 0 75 0.65 0.95 0.33 0,65 1.17 0.8 183 150 56 60 176 42 2 • 651 60 -
0.75
0.6 0 61 0.9 0.85 0 62 06 1.39 - 1 0 389 752 278 381 41 1 1.15 1,09 448 820 59 &3 278 381 82 540 800/-
0.67 0.9 0.48 962 463 —220 1 070
0.97 О 252 • « 962 243 61 990 1 500 —
0.95 0,315 962 зоз 1 015
527
Поминальные мощности длительного режима подсчитываются
по числу машин, номинальным ПВ и cos <р — 0,6, кВт:
2 X 100 WUO- 0,6=54.0
3 X 75 Г 6720 0,6 = 60,6
4 X 40 F 0^0-0,6 = 42,8
Итого............157,4
Пример 5. Расчет электропагрузок по удельным плотностям.
Машиностроительный завод массового поточного производства
в составе укрупненных блоков цехов: а) литейный блок — площадь
60 000 м2; б) механосборочный блок — площадь 85 000 м2; в) блок
вспомогательных цехов — площадь 40 000. м2; г) компрессорная
с тремя синхронными двигателями по 1 500 кВт. из которых один
резервный; д) в литейном блоке устанавливаются три дуговые
электропечи по 2 800 кВ - А каждая.
Для определения нагрузок до 1 000 В принимаем удельные
плотности нагрузок (.>уд, В-А/м2 согласно [Л 1-111: а) литейный
блок 300 В-А/м2; б) механосборочный 180 В-А/м2; в) блок вспомо-
гательных цехов 150 В -А/м2.
Соответствующие электронагрузки по блокам: литейный
60 000*0,3 — 18 006 кВ -А; механосборочный 85 000-0,18 —
— 15 200 кВ -А: блок вспомогательных цехов 40 000-0,15 =
- 6 000 кВ -А.
Принимая коэффициент загрузки цеховых трансформаторов
К3 = 0,7, получаем предварительные количество и мощность транс-
форматоров но корпусам: литейный — 13 подстанций мощностью
2 X 1 000 кВ -А; механосборочный — 11 подстанций мощностью
2 X 1 000 кВ -А и блок вспомогательных цехов — 4 подстанции
мощностью 2 X 1 000 кВ - А; всего по заводу 26 подстанций с транс-
форматорами мощностью 2 X 1 000 кВ -А.
Общая потребляемая заводом мощность, кВ -А, определяется
приблизительно арифметическим сложением полных мощностей:
Литейный блок ..................... 18000
Механосборочный.................... 15 200
Вспомогательные цехи............... 6000
Компрессорная (А\. = 1)............ 3 000
Дуговые печп (7Гс = 0,8) .......... 6 700
Всего ио заводу................. 48 900
Для питания завода потребуется одна ГПП с трансформаторами
мощностью 2 х 40 МВ • А пли две ГПП с трансформаторами мощ-
ностью 2 X 16 МВ -А. Ожидаемый максимум нагрузки будет
около 40 000 кВт и годовой расход энергии около 40*000 X 4 000 —
= 160 млн. кВт-ч. Таким образом, имеется возможность прибли-
зительно^ оценить количество цеховых подстанций, их мощность,
общую нагрузку завода, потребление энергии за год и мощность
главных понижающих подстанций ГПП для того, чтобы запросить
у энергосистемы технические условия па электроснабжение.
Пример 6. Расчет электронагрузок по удельным расходам
электроэнергии и?уд.
528
Алюминиевый .завод производительностью 100 000 т алюминия
в год.
Удельный расход электроэнергии (на переменном токе) м?уД =
— 18 000 кВт «ч/т. 1 одовой расход электроэнергии па электролиз
18 000-100 000 = 1 800 млн. кВт-ч. Расход электроэнергии па
остальные нужды алюминиевых заводов 5%; общий годовой расход
электроэнергии составит 1 890 млн. кВт-ч Максимум пагрузкп
при 7’м => 8 300 ч:
1 890 • 10е
8 300
= 228 МВт.
м
Мощность преобразовательных подстанций определяется при-
нятым типом вапп и их серий. Прп напряжении серии 450 В
и токе 150 кА мощность преобразовательной подстанции на пере-
менном токе составит около 70—72 МВт; число серпп 228 : 72
^3.
Количество и мощность ГПП будет завпсеть от папряжсппя шт-
тапия п принятой схемы электроснабжения в соответствии с тех-
ническими условиями на присоединение к энергосистеме. Последние
могут быть составлены на основании полученных расчетов максиму-
ма нагрузки и потребления электро жергип
Пример 7. Расчет пиковых нагрузок при работе сварочных
машин (рис. 5-14).
Данные машин приведены в примере 4. Фазы АВ п — 2, ма-
шины 2 X 100 кВ -А; фазы В С п = 3, машины 2 X 75 + 1 X 140 кВ-А;
фазы СА п — 4, машины 1 X 75 + 3 X 40 кВ -А.
Определяем число одновременно работающих машин т в каж-
дой паре фаз по кривым при ПВ$ = 0,05 и вероятности совпадения
рт — 0,01; фазы АВ т1 % 2; фазы ВС т.2 — 2; фазы СА тпл = 2.
Для расчета максимального пика учитываем работу двух ма-
шин в фазах АВ мощностью 2 X 100 — 200 кВ -Айв фазах ВС
мощностью 2 X 75 — 150 кВ-Л Совпадение работы двух машин
в фазах С А с наибольшей мощностью дает всего 75 + 40 = 115 кВ -А,
поэтому расчет ведем по фазам АВ и ВС.
Максимальный инк нагрузки будет в фазе В при совпадении
работы четырех машин (т = 4) при общем числе подключенных
к фазе В машин п — 5. Величина пика по формуле
^п(В) = ]^п(АЙ) + Sh(BC) + *$п(АВ) *Sn (ВС) =
= К2002+ 1502-|-200-150 = 302 кВ А.
Пиковый ток в фазе В
7П(В) =^-=8°° А-
Вероятность появления этого пика будет:
Рт = 0,01 -0,01=0,0001.
При заданном числе свариваемых изделий в час Л = 360 ча-
стота включения сварочных мантии
Л _ зео
Л 3 600 3 600 ’ *
529
Сроднил длительность расчетного ника ни формул* -
0.05 (1 - 0,005)
т 0,1 (4 (1-0,05) + (5 — 4) 0,05] ’
Числи пикон и час
0,0001 • 3 000 „Л
-------Ь,ТП-----2Л
ТЖХНИКО-.’ЖОПОМНЧБСКИЙ РАСЧЕТ НО ВЫБОРУ
!1 АПРЯЖЕНИН 6 11.111 10 КВ ДЛН РАСИРЕД1 TL1III I
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИО ЗАВОДУ
Исходные дайны о. От ГПП питаются:
I) 16 КТП мощностью 2X1 000 кВ -А с включенном по два
трансформатора и цепочку па одно присоединение ГПП Колффц-
нт нт загрузки трансформаторои 0,7 Средняя длина кашлей
к 1(1 II 200 м; всего 3 200 м.
2) Три сипхроииых двигателя мощностью 1 поп кВг, 1<*<м>об мин
(один релерлпый). Коэффициент мощности 0,8. Длина кабеля
к двигателям 120 м; всего 360 м.
3) Минимальные сечения кабелей ио термической устойчивости
при токах к. з. при напряжении 6 кВ 3 X 70 и при 10 кВ —Зх
X 50 мм3.
В а р и а н т I — напряжение сети 6 кВ. Вариант II —
напряжение* сети 10 кВ Переменные составляющие в вариантах:
стоимости кабелей
и потерн в них.
Расчетный ток
6 н 10 кВ, потери в них, стоимости двигателей
кабеля к КТП при Л'3 = 0,7 и 6 кВ
_ 2000-0,7
ктп . 4
Принимаем кабель С-ч< пнем 3 Х95 Им3 но )Кипоыичс< кой плот-
ности тока 1,1 А/мм2.
Расчетный ток кабеля к КТП прп 10 кВ
„„ 2000-0,7
,<ти" | 3 • 10
Принимаем сечение кабеля 3 X 50 мм- как мппимл юное по
термической устойчивой 1И.
Коэффициент полезного к нствия дни га ге кп прп 6 кВ 95,36%
ц при 10 кВ — 91,46%. Расчетный ток при напри Кении 6 кВ
1 000
е ж 0,8 0,9536 /3 • 6
Принимаем сечение кабеля 3 X 95 мА2.
При напряжении Ю кВ
1 000
с л 0,8 - 0,9446 | 3 • 10
530
Для определения потерь в кабелях пользуемся удельными по-
терями мощности в нТюмппненых кабелях На 1 А «км для сечения
3 х 50 мм2 1,9 Вт/(1 А «км) и для 3 X 95 мм3 I Вт/(1 А «км).
Потери в кабеле 3 X 30 мм2 при токе 76,5 А
1,9-76,5»
1 (ИЮ
11,2 кВт км.
и для двух двигателей потери в кабелях к двигателям при 10 кВ
составят 11,2 X 0,2 4 « 2,68 кВт.
Потери в кабелях 3 X 50 мм2 при токе 81 \
1,9-813 _.1Г „
F =12,5 к11гкм,
а во всех кабелях к КТП потери 12,5 X 3.2 = 40 кВт.
Потери в кабеле 3 X 95 мм- при токе 126 \ •
1-126» .Р ..
—---— = 16 кВт км,
1 СИЮ
а для двух двигателей при 6 кВ составят 16 «0,21 = 3,94 кВт.
Потерн в кабеле 3 X 95 мм* при токе 13 4 А
1-134» ю о
I ТйаГ = ’8 к ,ткм’
а во всех кабелях к КТП прп С кВ составят 18-3,2 ~ 57,8 кВт.
Потери в двигателе I 000 кВт при Г» кВ составляют:
1 000
",c,«=W«i-‘0,w“5‘lK1,T
и при 10 кВ
4Ч=^-,Ш’Ю ,(СТ-
Общие потери при 6 кВ в кабелях и двигателях
57,8 Ь 3,94 4- 2 • 50 = 161,74 кВт.
То жо при 10 кВ
40 4- 2,68 4- 2 • 60 = 162,68 кВт.
С точки ярения потерь мощности варианты молено считать рав-
ноценными.
Сравним варианты по капитальным вложениям
Стоимость двигателей составляет при 6 кВ 5 800 руб. и при
К, кВ — 6 950 руб. Стоимость кабелей марки АСЫ при прокладке
в капало стуставляет при 6» кВ сечением 3 X 95 мм- 3 370 руб/км
и при 10 кВ сечением 3 X 50 мм3 — 2 970 руб/км [Л. 1-211. Стои-
мость каналов по \читыва« м, так как они пе мечтаются в вариантах.
Стоимость кабелей общей длиной 0,36 4- 3.2 3.56 км при
В кВ 3 370 X 3,56 = II 997 руб. и при 10 кВ 2 970 X 3,56 =
10 573 руб. Общие капитальные вложения па кабелп и двига-
тели:
при 6 кВ 3 X 5 800 4- И 997 29 397 руб.;
при 10 кВ 3 X 6 950 4- 10573 31 423 руб.
531
Ра пища и пользу (» кВ 31 423 — 29 397 2 U2G руб., пли 7%
В i•оответствнн с рекомендациями 11У>) следует приняп, ца1
рНЛ1И II — 10 кВ.
В примере рассмотрены только затраты >ы диигмгелп и кабели
При напряжении 10 кВ часто отпадает необходимость и установке
реакторов, упрощается коммутация распре делительною устройства
напряжением до 1 (МН) В, что я примере не рассматривалось.
РАСЧЕТ УРОВНЕЙ II Ч1РЯ7КЕ1П1Я В СЕТИ ПРОМЫШЛЕННОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
На pin II1-1 пре дети плена схема электроснабжения нромиред-
нриятия с указанием мощности трансформаторов ГНИ п ТП, сече-
ний п длин кабельных сетей 6 кВ.
Рис. И1-1. Слема электроснабжения промпредприягия.
Трансформаторы I ЦП типа TMI1-6300/110 напряжением
115/6,6 кВ имеют устройство РПН < 16°о с 19 ступенями черед
1,67%.
Необходимо выбрать положение ПБВ на трансформаторах ГН
п пределы регулирования на трансформаторах ГН IE
Напряжение питания на вводе ГПП в период максимальных
нагрузок составляет 111) кВ, а период минимальных — 115 кВ, что
532
( DOTIiriCIliytH OTK.'KHieilllHM 11Н11рЯЯчС1111Я И re ГН НО кВ С(1(»ТШ'ГС1-
поппо О и -|-1,55%.
Нагрузка па шинах (> кВ I 1111 составляет и режиме маш и миль-
ных ii.upy.ioic 7,5 МВ «Л при cos q 0,9 и минимальных —
2.25 МВ «А при cos ц" » 0,75.
Активней' сопротивление трансформатора ТМН-6300 НО при
ЬР*Л 0,05 МВт
_ 2 Н5 2
16-5 Ом-
Дли дну к трансформаторов 16,5 : 2 8,25 Ом.
Реактивное сопротивление трансформатора прп нк = 10,5%
1153 10,5 ,.О1 „
гтС_!!т !1.,_________—220 Um.
т 5„ 100 0,3 И и'
Для двух трансформаторов 220 : 2 = НО Ом.
Потеря напряжения и трансформаторах и режиме максималь-
ных нагрузок
(ЛтС<ЫГ'4-А’т81Пф')
л 1 ё7'
100-
но
(8,25-0.0 + 11О.ОЛ4).1цц,.,3.)с
В режиме минимальных натру,и>к
..... 2,25 (8,25 0,75+ НО О,60) . „ .
Д1/т-—---------------П5-----------100-1.35%.
Дли подсчета потерь напряли ним и трансформаторах ТП поль-
зуемся таблицей потерь напряжения при полной нагру ко в транс-
форматорах мощностью до I 1Ю0 кВ «А при различных cos q |.L 1 21].
Таблица 11 [-3
ТП •ЧН. МП А 5! ** * CSK • к • • соя <г* SM *" * » *^м МВ Л А, Ло ДС'т
т %
СОэ q"
2X1 1.3 0,95 1,37 0.68 2.82
1 0,4 0,75 0,535 0.27 4.46
о 2x0.63 0.75 0.90 0,78 0.62 2.66
Z 0 23 0,72 0,32 0.25 4,6
о 2Х 1 1,1 0,9 1 22 0.61 3.44
О 0,35 0.7 0,5 0,25 4.68
Z 2X1 1.2 0,85 1.4 0.7 3.8G
ч 0,3 0,75 0,4" 0.2 4.46
г: 2X0.63 0.8 0,91 0.88 0.7 3.3
Э 0,25 0.7 0,36 0,28 4,67
Д? ТЛ3
%
1Д12
1,21
1,65
П5
2.1
1.17
2,7
0.9
2Д
1,31
533
Расчет сводим в таблицу с данными по максимальным 1>‘ и
S”, минимальным /’* и S’* нагрузкам н <оотвек гвующим cos q' и
Cos q*. Но полной нагрузке подсчитываются коэффициенты затру цчц
Л' и Л*. Умножая величины потерь напряжения для данной
нести трансформаторов на коэффициенты загрузки, получаем факти-
ческпе величины потерь напряжения в трансформаторах (табл III 3).
Для подсчета потерь напряжения в кабельных линиях 6 кВ
с алюминиевыми жилами пользуемся удельными потерями напряже-
ния ALr|{j пн I МВт «км при различных cos q* |Л.1-21]. С учетом
того, что везде имеются по два кабеля расчетная длина принимается
половинной.
Потери напряжения и кабельных линиях 6 кВ приведены
в табл. Ill 4.
Таблица II1-1
Участок сети Сечение кабеля, мм* I., км гм МВт СОэ ф' к! Ы к! % Д' к
МВт - км %
СОЗф"
ГПП-ТП2 2 (3 X 50) 0,1 0.75 0.96 1.85 0.075 0.14
0,23 0.72 2,0 0.023 0.046
ГПП-ТПЗ 2 (3 х 50) 0,05 1.1 0.9 1.89 0055 0.105
0.35 0.7 2.01 0.018 0.36
ГПП РП1 2(3x150) 0.25 3.6 0.8 1 0.8 0,584 0,733 0.9 0.2 0.53 0.15
ГПП-ТП5 2(3X50) 0,075 0.8 0.91 1.88 О.об 0.11 0,038
0.25 0,7 2,01 0,0 Г.)
Для выбора положения ответвлении на устройстве ПВ1» транс-
форматоров цеховых 111 составляем табл. Ш-5 отклонении ннпря-
ження, %, для стороны 0.4 кВ ТП в обоих режимах Предвари-
тельно принимаем, что 1*1111 и 111>В поставлены в положение о,
когда отклонение напряжения в трансформаторах составляет 4-5%.
Как видно из табл. 111-5, уровни напряжения в режиме макси-
мальных нагрузок получаются достаточными для обеспечения необ-
ходимой располагаемой поп ри напряжения в сетях 0,4 кВ. Послед-
няя получается из условия снижения напряжения ниже поминаль-
ного для осветительных электропрпемников до —2,5% и для си-
ловых до —5%.
В режиме минимальных нагрузок отклонения напряжения по-
лучаются выше допустимых, вследствие чего необходимо встречное
регулирование напряжения па I 11П с помощью 1*1111 на пять сту-
пеней по 1,67%, или на 8,3%. Тогда в этом режиме отклонение на-
пряжения на шипах 0,4 кВ составит для TII4 12,2 — 8.3 = 3,9%.
и для TI15 И, 812 — 8,3 = 3,512%, что находится в пределах норм
Для синхронных двигатс.и и 6 кВ на 1411 отклонение напряже-
ния в режиме максимальных нагрузок составляет:
5-3,32-0,53 = 1,15%
534
Таблица Ш-5
К ТП Сел. ПО кВ Транс- форма* т< ры ГПП ПоТСрН II трансфор- маторах ГИИ П< л ри и кабелях 6 кН 1 ране- форма- то ры Т 11 Нотерн II трансфор- маторах ТП 1 сего на шинах 0,4 нВ
< 0 45 —3.32 4-5 -1.92 4 4.76
J 4 4.55 +5 -1.3 — 4 5 — 1 21 4-12,04
•> 0 4-5 —3 32 -0.11 1 -1.65 4- 4,89
4155 4 5 -1.3 —0.046 4-5 — 1,15 4-12,054
о 0 4 5 -3.32 —0.105 4 5 —2.1 4-1. »75
о 4 4.55 45 -1.3 —0036 45 -1.17 412,044
Z 0 4-5 —3.32 —0.53 4-5 —2.7 4-3.45
Ч +1.55 +5 -1.3 -0.15 4*5 -0.9 -1-12,2
г 0 4 5 -3.32 -0 64 4-5 —2,3 +3.74
а 4 '«.55 -1,3 —0,188 4- 5 -1,31 411.812
и в режиме минимальных нагрузок
4,534-5 — 8,3 —1,3—0,15 = -2%,
что допустимо
Расчет показывает, что положение ПЕВ у всех трансформато-
ров III получилось одинаковым, что объясняется небольшой про-
тяженно* тью кабельных сотен С» кВ и малыми потерями напряжения
в них.
РАСЧЕТ УРОВНЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК II \ ШИН АХ КТН 6.4 КВ
Па компрессорной станции с четырьмя синхронными двигате-
лями типа СТ Д-8000 2 установлены тиристорные возбудительные
устройства типа ТВУ 2 247 320 мощностью 79 кВт с к. н 1. 93,7%,
cos q = (),47 с трансформаторами типа ТСН-160/0,5-68 с первич-
ным напряжением 380 В Питание, тиристорных устройств 1 произ-
водится от шип 0,4 кВ КТН с трансформаторами 4 по 1 000 кВ-А
согласно рис. Ill 2 От каждой секции шин 0,4 кВ питаются шесть
асинхронных двигателей типа АО-834 мощностью 55 кВт с к. и д.
91% и ко >ффпгп1ентом мощности 0,89. Кратность пускового тока
6,5 и кратность максимального момента 2,3.
Кроме того, от каждой секции питается трансформатор мощ-
ностью 100 кВ-А. напряжением 380/220 127 В с ик = 10%.
Мощность к з. на стороне выишго напряжения Kill соста-
вляет 150 МВ-А Трансформаторы Kill имеют ик == 5,5%.
Гок тиристорного устройства на стороне 380 В
160
I 3 -0,38
= 242,5 А
и для дву х устройств на секцию 2 -212,5 — 485 А.
535
Определяем условные эквивалентные сопротивления высшим
гармоникам. Поскольку напряжение высшей гармоники v
Uу г= IуХу == XV —~ Z, । |ЗТ,
то условное эквивалентное сопротивление определяется как сопро-
тивление первой гармоники тока. Для удобства расчет ведем в мил
лиомах при напряжении 0,4 кВ.
Рис. Ш-2. Расчет уровня высших
гармоник па линиях 0,4 кВ.
I
Реактивное сопротивление системы
ас = С1?.°00.д^..1000 = 1,07 мОм.
S к. з 150
Реактивное сопротивление трансформатора 1 000 кВ -А
ик U* 1 000 5,5 • 0,4* -1 000
*т = —---------=------Й5Г7-----=8,8 мОм.
IUU 1 и • 1
Результирующее реактивное сопротивление системы и транс-
форматора на пшнах 0,4 кВ
хрив = 1.07 4- 8,8 = 9,87 мОм.
Пусковая мощность асинхронного двигателя
с />6.5 55-6,5 ,
—------— —7Гоп — 440 кВ • А.
qcostj 0,91 0,89
Полное сопротивление двигателя при пуске
О'2 1000 0,383-1 000 n„9Q _ „,)О _
2д =---?----—------ттт;--= 0,328 Ом. или 328 мОм.
иц
Коэффициент мощности при пуске
ШЧ1)
+ Т(1-ПНп ,
COS ,L= COS <f н
536
где cos фн = 0,89 — коэффициент мощности при номинальной
нагрузке; тм — 2,3 — кратность максимального момента, отн.
ед.; г) = 0,91 —к п д. при номинальной нагрузке, отп. ед.;
= 0,02 — скольжение при поминальной нагрузке, отп. ед.;
in = 6,5 — кратность пускового тока, отн. ед.; у 0.33 — отно-
шение потерь в обмотке статора при номинальном нагрузке к пол-
ным потерям при поминальной на1рузке;
Г ° 3 - 0 91 1
cos <рп = 0,89 4- 0,33 (1 - 0,91) 6,5 = 0,378,
чему соответствует sin фп — 0,93.
Реактивное сопротивление двигателя при пуске
zAsin фп=328 - 0,93 = 306 мОм.
Прп работе шести двигателей их эквивалентное сопротивление
306 : 6 = 51 мОм.
Реактивное сопротивление трансформатора 100 кВ - А
ulj°- • 1 000 10 • 0,43
к и
т 100 ST = 100'• 0,1
1000 = 160 мОм.
Составляем схему замещения (рпс. П1-2), в которой тиристор-
ные устройства пграют роль генератора высших гармоник, а си-
стема, асинхронные двигатели и трансформатор 100 кВ-А служат
сопротивленпямп для ппх. В пашем случае хрез = 9,87 мОм, х =
= 51 мОм и х-А = 160 мОм
Общее эквивалентное условное сопротивление
________хр^Ах2х3 _9,87 • 51 • 160______
•Грез-г,2_Ь®'2'’'в~Ь^'33'рез________________________________________• ,87 • 51-J-51 • 160-f-160 9,87
= 7,9 мОм,
пли 0,0079 Ом.
Действующее значение гармоник напряжения определяем по
формуле
too%.
В нашем случае сумма номинальных токов тиристорных уст-
ройств /ЭЛ| -= 485 А, Ьф^ 220 В, — 0,0079 Ом, nv = 4 при
шестифазноп схеме выпрямления
А и. г = А ЦА ({ А д
— гармонический ко»ффпцпент использования. Принимаем коэффи-
циент использования но расчету нагрузок тиристорных устройств
Аи = 1; коэффициент, учитывающий несовпадение фаз гармоник
отдельных преобразователем. Аф= 0,9 и коэффициент, учитывающий
влияние гармоник намагничивающих токов трансформаторов, анор-
мальных гармоник преобразователей и т.п., А'л = 1,3.
Подставляя эти значения в формулу, получаем:
тт 0,9-1,3-485-0,0079 Jz4 , ,
~ - moo------------100 = 4,1% <5%,
что допустимо по ГОСТ.
537
П случае отключения одного трансформатора 1 000 кВ • \ u
питания всей нагрузки от другого трансформатора 1 000 кВ-д
реактивное сопротивление асинхронных двигателей и трансформ,,,
торов 100 кВ - А уменьшится в 2 раза. Условное эквивалентное со
противление:
Л'-'1 “ 9,87 • 25,54-25,5 • 804-80 - 9,87 “ 6,8э мОм’ илП 0,00685 °'*
Действующее значение высших гармоник напряжения полу-
чи ня при работе четырех тиристорных устройств с током 4 -242,5=-
== 970 Л:
гг 0,9 1,3-970-0,00685 | < 1ОМ , А.п,
^3V=-----------obo ------Д00 = 7,0о%,
что недопустимо по ГОСТ, и может быть допущено только для крат-
ковременного режима работы на период восстановления питания
от двух трансформаторов.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА САМОЗАПУСКА
П ремпредприятие снабжается электроэнергией от энергоси-
стемы двумя ВЛ 115 кВ через два трансформатора 110/6,3 кВ,
10 МВ -А К каждой секции шин, соединенных нормально разогну-
тым выключателем, присоединены синхронные двигатели, служа-
щие для привода турбокомпрессоров. Номинальная мощность дви-
гателей: одни — 6 МВт, два — по 3,5 МВт. Нагрузка прочих
)лектроприемпвков одной секции 10 МВ-А при cos <р — 0.8.
Моменты сопротивления тис компрессоров, кратпостн асин-
хронного момепта тя и пускового тока гп двигателем в зависимости
от скольжения 5 приведены в табл П1-6.
Таблица П1-6
Скольжение. S 1 0.8 0.6 0.4 0.2 од 0.05 0
Гурбокомп рессоры /Щ- 0.05 0.08 0.16 0.3 0.5 0.62 0.69 0.75
Ту рбодвигатель '«а 2,0 2.35 2.35 ‘ 2,26 1.98 1.6 1.2 —•
3.5 МВт Л| 7.75 7.4 6.96 6.35 5.35 1.35 3.4
Т урбодвпгатель 2.27 2,24 2,2 2,1 1,88 1.69 1,47 —
6,0 МВт *Т1 8,3 V 7,0а 6.47 5,7 5.2 4,73
Маховые моменты турбокомпрессора и двигателя: 3,5 МВт —
0,356 п 0.5 т-м2; 6 МВт — 1 и 1.23 т-м2.
Мощность энергосистемы 670 МВ -А. Схема соединений приве-
дена на рпс. Ш-3.
Проверить: 1) возможность группового самозапуска трех дви-
гателей с турбокомпрессорами при отключении одной секции вши
538
и автоматическом включении через г с секционного выключателя;
2) правильно ли выбраны реакторы, если прп пуске двигателя на-
пряжение на шинах (из условия работы остальных элсктропрнем-
ликов) должно быть не ниже 0,85, а напряжение па выводах пускае-
мого двигате ш — не выше 0,85.
3,5 МВт 3,5 МВт В МВт 6МВт 3,5 МВт 3,5 МВт
Рис. III-3. Самозапуск мощных двигателей.
Р е ш опое
1. Механические постоянные времени двигателей с турбоком-
прессорами 3,5 МВт:
Лп =
(0,356-|-и,5)-30002
361 • 3 500
с;
с турбокомпрессорами 6,0 МВт:
, _ (1+ 1,3)-3 0002
м2 361-6 UOU
= 9,5 с.
539
2 Эквивалентны!! момент сопротивления трех самозанускас-
мых агрегатов
0,75-2-3,54-0,75-6,0
,ис. 3 .1 •> Г. I « п
= 0,75.
3. Эквивалентная механическая постоянная времени
т 6,1-2-3,54-9,5-6,0
•* М.Э о q - ( е п — С.
2-3,54-6,0
4. Скольжеппе, до которого затормозятся агрегаты при пере-
рыве питания \ с,
s —
0,4.
*4.3 < > »
5. Реактивные сопротивления элементов сетп, отнесенные к на-
пряжению 6,0 кВ и мощности 100 МВ -А:
а) система
_ 100 -A4S
Хс~ 670 “'°’15»
б) трансформатор 40 МВ - А
zr=0,105 ^=0,263;
в) реактор 6 кВ 600 А, 4%
(9,2 — базисный ток, кА);
г) сдвоенный реактор 6 кВ 2 X 1 000 А, 6%
9 2 / 6 0 \2
xl«=^.5 = 0,°6-gj • —j- = 0,524;
д) двигатель 3,5 МВт
(7,75 — кратность пускового тока; 4,03 — номинальная мощность,
МВ-А);
е) двигатель 6,0 МВт
1 100 6,0'2 . __
;Х2 8,3 ’ 6,9 ‘ 6,3 ’
(8,3 — кратность пускового тока, 6,9 — номинальная мощность
МВ - А);
ж) реактивная нагрузка прочих электроприемников
loo (6,0 2 tz
Xul 10 • 0,6 ’ 6,3 “lo*
6. Проверка пуска двигателя 3,5 МВт:
а) сопротивление двигателя с реактором
хр.д==0,584-2,88^=3,46;
540
и) эквивалентное сопротивление двигателя с реактором нагрузки
3,46 + 15 w’8’
в) напряжение на шипах подстанции
и'= 1,95 „ =0.9! >0,85:
и,г I о -f- U,2bo т 2,0
г) напряжение на выводах двигателя
о оо
«„,=0,91 £+ = 0,70 <0,85;
V/ у 1U
д) момент двигателя при пуске
/ла1=2,0 • 0,762 = 1,16,
т. е. значительно больше момента сопротивления турбокомпрес-
сора .
7. Проверка пуска двигателя 6.0 МВт:
а) данные сдвоенного реактора, отнесенные к базисным ве т-
чинам:
жи.6 = 0,524; *(.в=0,600; х0.й(1-Асо)= 0.206; ®0>5 = (1+ Лсв)=0,84;
течяб{. °ур “е,ше Токоп ь обо,,х плечах реактора при пуске двпга-
Л _ 15+0.84
Гг 1,57+0,84 =
-/ =0,152;
Л
в) сопротивление ветвей сдвоенного реактора
хв1=0,524 (1 -0,606 • 0,152) = 0,48;
х2 = 0,524(1— 0,606-6,6)= —1,57;
г) результирующее сопротивление сдвоенного реактора прп
пуске двигателя 6 МВт
_ (0,48 + 1,57) (-1,57 + 15) _
₽га (0,48 +1,57) + (—1,57 +15) ’ ’
д) напряжение на шинах при пуске
Ui = 1,0° ‘ 0,15 + 0,223+1,78 = 0,80 > °т85;
е) напряжение па выводах пускаемого двигателя
Пд2=0,86 0,48 + 1,57 = 0,С8 < °’®5*
ж) пусковом момент прп ггои напряжении
таг == 2,27 0,662 =0,99,
что значительно выше момента сопротивления турбокомпрессора;
з) напряжение на выводах электроприемттиков, присоединенных
ко второй ветви реактора,
мд2 ~ । J = 0,96.
541
А. Проверка пыпадеппн двигатели 3,5 МВт из сппхропи im.i
и выпнваппе и синхронизм
в) Вренн перерыв!!, в течение которого двигатель не ВЫпаджч
Па синхронизм I,
о.,», с
(1,<»3 — мак< ИМЯЛЫ1ЫП » .10КТроМаГ111ГГПЫЙ момент).
При подрыве питания i е л и и гл толь выпадает из синхронизма,
и при самозапуске потребуется сто ресинхронизация.
б) Среднее критическое скольжение, с которого будет обеспе-
чено вхождение синхронного (питатели в синхронизм После Нодачи
возбуждения под действием входного момента,
>та-------
г^О.Об] ±^.1,5-0,04
(1,5 — кратность тока возбуждения при ррспихропнзлцпп).
9. Проверка возможности самозапуска при групповом выбеге
трех двигателей с турбокомпрессорами до скольжения 0,1.
а) Сопротивление двигателей прп »т<»м скольжении:
3,5 МВт:
, 1 ни) 6.0
G.35 * 4.03 “б.З *3,5;
П,П МВт:
, « * ±!° W- 20
** 6,47 6,9 \ в.З / 21 ‘
б) Сопротивлении двигателей с реакторами
<it+rri-3/>+0,58 = 4,08;
zp* 2.0 4-0.524 — 2.521
(нагрузка второй ветви реактора при самозапуске двигателя 6 МВт
отключается).
в) Пкв11!ылпт1<и* сопротивление самозапускаемых двигателей
1
*•* 2 » 1
4,08 + 2.524
= 1.13.
г) Сопротивление нагрузки второй секции шин (нагрузка
равна 25 МВ «Л и со* ср (1,9)
, 100 в 1 о.
т 25 ММ 6,3 И,Л'
д) Зквпвалентпое сопротивление самозапугкаомых тппгптетей
нернпц секции шин и нагрузки втором секции
r»S •—{——
1 J.f + "8J
е) Напряжопио на шиплх
и* шл 1,05
1,0
0,154-0,263 ft
— 0,74.
512
ж) Напряжении на выводах двигателей
"il-0.74--^ ь=0,035;
2 0
'<(2 ’ °*74 • чТТ{ -0,585.
j) Избыточные моменты и начале самозапуска
м,ы1.2.26 • 0.635» -0.3 « 0.6;
»« и за — 2,1 0,585*—0,3 0,41.
Ю. Лиа loiirino дли двигателя 6 МВт определены значении
избыточного момента при скольжышп U,2; 0,1 н 0,05 и построена
кривая И це / («) (рис- И1-4).
Рис. Ill 4. Характеристики моментов при само-
запуске.
11, Избыточные моменты прп всех значениях скольжении я
для двигателя I» МВт (также длн 1нпгатолсй 3,5 МВт) положительны,
так мп» групповой самизануск при загрузке двигателей Аа и,-
— 0,75 н перерыве питания i с по»можсн.
543
12. Длительность самозаиуска двигателя 6 МВт определяем
графически по кривой избыточного .момента (рис. П1-4):
- °’1 . °’1 । °»1 । °’05
J \0,38 0,31 + 0,2 + 0,18 “
ПЕРЕВОД СОПРОТИВЛЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ИЗ АБСОЛЮТНЫХ
В ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЕДИНИЦЫ
Двигатель. Номинальная (МВ «А) и относительная пуско-
вая мощность (отн. ед.)
у __ *пРд , г, ____ Sr Up 3
Д~1]НСО8 фп» Д ^б UH ’
где Рд — номинальная (паспортная) мощность, МВт; in = ln/fu—
кратность пускового тока; т|н, cos ф — номинальные к. п. д. и коэф-
фициент мощности; U„ — номинальное напряжение, кВ; 5g, Uq —
базисные мощности и напряжение, кВ.
Для синхронных двигателей, у которых сверхпереходное со-
противление по продольной осп в относительных единицах xj,
кратность гпя«1/л:^.
Полное, активное, реактивное сопротивления самозапускае-
мого двигателя, приведенные к базисным условиям:
1
гд = -ё1-сояф11;
^д
о 1 .
Хд= sin фп,
Ад
где cos фп; sin фп соответствуют пусковым условиям.
При отсутствии заводских данных приблизительная величина
cos фп может быть определена по формуле
ИМ Т)н , • ,, /
С05фц = cos q?l{ —— 5-i— -i-inV(l— т]н) ,
L lu 1 —
где — максимальный момент, отп. ед.; sH — номинальное сколь-
жение; у = кРулм/АРн — отношение номинальных потерь в меди
статора к полным потерям, равное 0,25—0,4 (в среднем 0,33).
Прочие э л е к т р о и р и е м н и к и. Нагрузка электро-
приемпиков, питающихся прп том же напряжении (ZH, что и пускае-
мые (самозапускаемыс) двигатели, и сопротивления пагрузкп, от-
несенные к базисным условиям:
Ь ‘S’liar 2 1 " 1
онаг=------— —— • zJiar = ---------. г наг ---------COS фнаг»
Аб Уц ’ «$наг ’ Sнаг
1
^наг — тг Sin фнаг>
наг
где 5паг — нагрузка электроприемников, MB *А; cos фнаг» s^n Фнаг
относятся к нагрузке.
' Трансформатор. Полное и активное сопротивления:
I — и- ЛР
"т Ик sT t/6 ’ Гт /н-3’
где S’T — номинальная мощность в тех же единицах, что и базисная
мощность для ZT, и в кВ «Л для гт; Ur — номинальное напряжение,
кВ; нк — напряжение к. з., отн. од.; ДРК.3 — активные потери
к з., кВт.
Активная и реактивная составляющие падения напряжения
в трансформаторе, отнесенные к номинальному вторичному напря-
жению:
&иа=^2..
от
Прп приблизительных расчетах реактивное сопротивление
трансформатора
О О
37 U к*
Л п и п и. Активное, реактивное п полное сопротивления ли-
ний, отн. ед.:
1 Si) о , о 1 /«0 -
Гл — r.il-——; гл=1 гл+^л»
t/л ол
где гл, хл — удельные сопротивления липин, Ом/км; {7Л — поми-
нальное напряжение, при котором работает лпппя, кВ; I — длина
линии, км.
Величины гл для алюминиевых кабелей и проводов в зависи-
мости от сечения при удельной проводимости ‘30 Ом «мм2/км:
s, мм3 .... 25 35 50 70 95 120 150 185 240
гл, Ом/км . . 1,33 0,951 0,606 0,477 0,351 0,272 0,222 0,18 0,136
Средине значения Ом/км: ВЛ 6—110 кВ—0,4; ВЛ до 1 кВ —
0,3; токопроводы 6—10 кВ — 0,15—0,2; трехфазные кабели: 6—
10 кВ — 0,08: 35 кВ — 0,12.
Спет е м а. Реактивное сопротивление, отн. ед. (базисных)
о _ Sr> fUc 2
Xc~sK,3 us
где SK,3 — мощность к. з. па шинах высшего напряжения тран-
сформатора при напряжении системы L'c.
Одинарный реактор. Сопротивление, отнесенное
к базисным условиям,
хр=а?р
Л)
/р
где яр — реактивность реактора, отн. ед.; Iq = т~=ъг-базисный
ток, кА; Up, Ip — поминальные напряжения и ток реактора, кВ
и кА.
545
Сдвоенный реактор. Между обеими ветвями сдвоен,
плго реактора существует магнитная связь, так что ток, протекаю-
щий ио одной ветви, наводит напряжение в другой.
При протекании в каждой ветви токов, направленных в п ро-
ти в о и о л о ж п ы е стороны, индуктивное сопротивление кая;-
доц ветви:
а) при равенстве токов в обеих ветвях — /2)
а'гл—хв-2 — (I —^'св) Aj.li»
б) прп разных токах (/t -±. Л)
ХИ1 1 Л. В f~ ] Г0.3»
\ ‘I /
XR2 — ,1 — ^сн
где А-св — ко )ффпциепт связи, указываемый в каталогах н в сред-
нем равный 0,5; х0.6 — индуктивное сопротивление ветви реакго} а
при отсутствии тока в другой ветвп.
При протекании в каждой ветви одинаково напра-
вленны х токов индуктивное сопротивление кая;доц ветвп:
а) прп равенстве токов в обоих ветвях (7t — /2)
хП1 — хВ2 — (14~ А\.в) х0.ь;
б) прп разных токах в обеих ветвях (/j 7^ Л)
1 j ^0-3» ХВ2 = Н 4~^СН_}1 Уо.3-
\ '1 \ '2
Отношение токов в ветвях
I ^ДзЧ-^О.о G Н~ ^СГ.)
2 ХД1 Т хо.а U “I" ^< r)
где тД1 и тд, — реактивные сопротивления нагрузок, прпсоедпнеп-
пых к обеим ветвям сдвоенного реактора.
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СПЕЦП1ЛЫ10Г0
ЭЛ ЕКТРОО БОРУ ДОВА НИЯ
Таблица ПП1
Комплектные конденсаторные установки напряжением 380 В
' Тип Мощность, квар Регулирование мощности Аппараты защиты и управления Размеры, мм
К КУ-0,38-1 80 Старая серия Ручное V3I43 765x690x2000 1440x690 x 2000
ККУ-0,38-111 100 Одноступенчатое, ЛВМ-4НВ
KKV-0.38-V 280 автоматическое но времени н.ш напряжению То же АВМ-10ПА 2140x690x2000
УК-0,38-«5011 150 Новая с е р п я Одноступенчатое 111 1-2, КТ6000О 700x650x1^60
УК-0,38-30011 300 автоматическое по напряжению То жр, по ТШ-2, КТ60000 2100X 650X1860
УК-0,38-45011 450 двухступенчатое ’То же, но ПИ-2, КТ60000 2800х650х18*Ю
УК-0.38-600П 600 трехступенчатос То же, но ПП-2, КТ60000 3500 x650x1860
УК-0.38-750И 750 ’ »еты рсхступе нчатос II П-2, КТ60000 4200X650X1860
УК-0,38-УООН 900 — ПН-2, КТ60000 4900x650x18*;)
Таблица ПИ-2
Комплектные конденсаторные установки напряжением 6—10 кВ
Тип На- пряже- ние, кВ Мощ- ность, квар Регулирование мощности Размеры, мм
с тарам серия
КУ-6-1 6 330 Одноступенчатое, ав 2350 X 84G X 2800
тематическое, ио
врелншт м.пг по на-
пряжению
КУ-10-1 10 330 То же 2350 X 8Ki X 2800
КУ-6-11 6 500 » » 3050 X 816 X 2800
КУ-10-11 10 50*) » » 3050 X 846 X 2800
КУН-6 6 42() > > 2060 х 1740 X 2350
КУП-10 10 400 » > 2060 X 1740 X 2350
Продолжение табл. 1Ш-2
Тип На- пряже- ние, кВ Мощ- ность, квар Регулирование мощности Размеры, мм
КУ-6-1Л 6 1 225 1 о в а я серия
КУ-6-ПЛ 6 425 » 1 —,
КУ-10-1Л 10 240 —— ——
КУ-10-11 л 10 400 — —
Примечание. Тип КУ для внутренней установки, КУН — для на-
ружной.
Полупроводниковые преобразователи тока
Таблица III 1-3
Назначение Тип Постоян- ный ток Пере- мен- ный ток, кВ Кпд, %
в кА
Электролиз в цветной метал- лургии ВАКЭЛ-25000-850 850 25 10 98
То же В А КЭЛ-25000-450 450 25 10 96.5
> > В АКЭЛ-13000-300 300 13 6—10 96.7 ’
> > В АКЭЛ -6250-850 850 6.25 6-10 96
Дуговые вакуум- ные электропечи ВАКП-25000-65 65 25 6-10 91
Гальванические вапны ВАКГ-12 6-3000 12 6 3 0,38 70 66
То же ВАКГ-12 6-1500 12 6 1.5 0,38 72 65
> > ВАК Г-12 6-600 12 6 0.6 0.38 70 62
> > ВАК ПР-12 6-300 126 0.3 0 38 70 68
> > В АС-600 300 15 30 0.6 0.38 72 75
Выпрямительный мост для цеховых сетей взамен ртутных вентилей МВЦС 230-2000 230 2 10 98
Питание цеховых сетей В \ К-3000-230 230 3 6-10 96
Электролиз в цветной метал- лургпп и химии ВАК-25000-850 850 25 10-35 97 97.5
То же ВАК-25000-600 600 25 1п—35 97
> > ВАК-25000-450 450 25 10—37 97 7
» > ВЛК-25000-300 300 25 6—10 97,1
Продолжение табл. ПИ-3
Назначение Тип Постоян- ный ТОК Пере- мен- ный ток, кВ к. п д . %
В кА
Электролиз в цистной метал- лургии и химии ВАК-25000-150 150 25 6-10 95,5
То /Ки ВАК-25000-75 75 25 6-10 91.7
> > ВАК-12500-850 850 12,5 10-35 97.5
» » ВАК-12500-600 600 12,5 10-35 97
> » ВАК-12500-450 450 12.5 6-10 97.5
» > ВАК-12500-300 300 12.5 6-10 96.9
> > ВАК-12500-150 150 12.5 6—10 95
> > ВАК-12500-75 75 12.5 6-10 94
Примечание. Пункты 1—11 — завода «Элсктровыпрнмитель»,
п. 12 — завода ЗЭАЗ п остальные — завода «Преобразователь».
Таблица 1111-4
Асинхронные преобразователи частоты
Тип агрегата Мощ- ность, кВт Вторичные Кпд, % Исполнение
напря- жение, В частота, Гц
Я Э М 3
ПЧ-200-5 5 230 200 67 Двухкорпуспып двух- машинный
ПЧ-100-14 14 330 100 80 То же
ПЧ-75-10 10 275 75 78 > >
ОП-200-5 6; 25 230 200 65 Одпокорпусный двух- машинный
Завод имени Владимира Ильича
А 4-100-4,5 4,5 390 100 68 Двухкорпусный двух- машинный
А Ч-100-14 14 314 100 80 То же
АЧ-100-40 40 364 юо 81 » »
АКЧ-100-40 40 364 100 80 > »
Л Ч-100-55 55 354 100 83 > >
АКЧ-100-55 55 354 100 82 > >
А Ч-100-125 125 372 100 85 > >
ЛКЧ-100-125 125 372 100 84 » »
АЧ-75-75 75 420 75 — > >
549
Продолжение т а б л. Ill 1-4
Тип агрегата Мощ- ность, кВт Втор! напря- женно, В 1’111ЫС частота, Гц К. п д., % Исполнение
Электромеханический завод „Красным и е т а л л и с г‘
1. К о п о т о п
ВПЧ-150 2,6 J45 150 50,3 Одпокорпуснып дву \- машптшый исполне- ния РВ
Завод «Электропнстр учен т>
С-572А 1 36 200 50 Одномашинный спн-
МУ-72 2 4 230 200 61 хронный
МУ-62 12 ОПЧ-3 И-75 В 4 4 4 230 240 36,230 200 200 200 (И 71 Однокорпусный Двух-
П-165 3.75 36 230 200 машинный То же •
Примечание. Напряжение приводных двигателей 380/220 В
Таблица II П-5
Однокорпусные двухмашинные двигатели-генераторы
повышенной частоты
Л Тип агрегата Вторичные Кпд Возбуждение •
Мощ- ность, кВт Пап ряже- ние, В Ча- стота, Гц
Э л е к т имен р о м е х а н и ч е с к и Влади ми р а п й з а в о д Ильича
ПСЧ-5 ПСЧ-15 ЛСЧ-ЗО 11СЧ-5О ПСЧ-75 * ПСЧ-100 5 15 30 50 75 100 240 230 230 230 230 230 20) 388 388 392 392 392 67 От селеновых выпря- мителей То ЖС > » » » > »
Электромашиностроительный завод н не п п В. И. Л с в и н а „А р м э л с к т р о з а в о д“
ВП 4-12-8000 ВИЧ-20-2400 ВПЧ-20-8000 ВПЧ-30 2400 ВП11-30-8000 ВП4-50-8000 -БПЧ-50-8000 B114-10U-2400 ВПЧ-100-800 12 20 20 30 30 50 50 100 100 100 200 200 400 200 400 200 400 200 400 200 400 800 2* и) 400 800 21 К» !00 800 200 400,800 8000 2400 8000 2400 8000 2400 8000 2400 8000 Постороннее 60 120 В То же > » » » > » > > > > > > > >
550
Продол ж сипе т а б л. П11-5
Тип агрегата Вторичные К. и д. Возбуждение
Мощ- ность, кВт Нан ряже- нке, В Ча- стота , ГЦ
Завод «Электрик» имени Шперпика
П В-50.2500 50 750 2500 75
11 ВС-100/2500 100 750 2500 78
П ВВ-30 80(Ю 30 750 8000 60
П В В-100 8000 100 750 8000 75
II р н м с я а и л о. Пункты 1—6 — трехфазныс генераторы, остальные —
однофазные.
Таблица ПН-6
Трехма шинные агрегаты повышенной частоты
Генератор ♦ Общий К П д., %
Тип Мощность, кВт Напряже- ние, кВ Частота, Гц
ГСЧ-1508-12 600 3.3 150 87.5
ГС4-1506-16 352 0.55 133 84
ГС-34-1811-12 2680 0,4 100 90.5
ГСЧО-1504-12 200 0.44 150 82
1 СЧО-1506-12 252 0.22 150 82,5
ГСЧ-1913-36 2450 6.4 250 87 3
ГСЧ-1508-8 40 0.32 113 75 5
ГСЧ-1507-6 37 5 0.39 180 79.5
С п б а л е к Т р о т я ж м а ш
В ГО-250-2500 250 1.5/0,75 2500 74.3
В ГО-500-1000 500 1.5 0.75 1000 83
ВГО-500-2500 250 1.5/0.75 2500 78.4
ВГО-500-8000 500 0.75 8000 78
ВГО-1500-500 1500 1.5 0.75 500 86
В ГО-1500-1000 1300 1.50.75 1000 83.5
ВГВФ-1580 2300 1500 1.5 0.75 2500 82.5
П р п меча и Не. Пункты t 8 — трехфазныс генераторы, остальные
однофазные.
Таблица Ш1-7
Тиристорные однофазные преобразователи частоты для
индукционных установок Таллинского элект|юте\ппческого завода
имени М. II. Калшпша
Тип Выходные параметры
Мощность, кВт Напряжение, В Частота, Гц
ТПЧ I ТИЧ-2 630 630 800-1 000 ± 3% 800-1000 ± 3% 1 000 20% 15U—300
Примечание. Питание от сети 380 В, 50 Гц.
551
Таблица 111 I S
Тиристорные 7|кч\фазиые преобразователи частоты для
э тектроииструмента заводи «Преобразователь»
Тип Выходные параметры
М щ- 1Н1ГП., i.B \ II Н|рН- >к< пне, В Чистота, Гн К п д при |«Пф1>|1|(|Ц>||ГС МОЩНОСТИ нагрузки 0,75, %
ПЧС4-200-135 4 135 ± 6 200 । 10 Я4
ПЧС 4-150 200/400-36 4 36 । 3.6 150'200 4(М) 84
11404-150/200 400 230 4 2.30 • 23 150 200 1 400 84
114 С-10-150 200/400-36 10 36 • 3,6 150 200 400 85
ПЧС-10-150 200 100-230 10 230 । 23 150 200 400 85
II р и м е ч а и и с. IIiiTtiiiii** от сети Зли В, 50 Гц.
Таблица П11 9
Балансирные машины постоянного тока завода «ХЭМЗ»
Тип В режим* двигателя В режиме генератора Максималь- на)! частит вращения, об мин
Мощность, кВт Напряже- ние, В Мощность, кВт Напряже- ние, В
М НБ-24,5 14 21 220 25 230 6 500
М1П» 21,5/22 21 220 25 230 4 000
МГ1Б-24 5/22 45 440 50 460 6 500
МНБ-28/26 43 220 50 230 3 500
М11Б-28 26 89 440 100 460 6 000
МПБ-32,7 28 87 440 100 460 3 500 ’
МИГ. 49.3 36 177 440 200 4G0 4 500
МИБ-49,3 36 364 580 400 (нК> 4000
Ml 111-55/34 НЮ 530 800 700 ;юо
Таблица ПП-Ю
Балансирные машины переменного тока злсктромеханнчссмого
ввода имени Владимира Ильича
Тип Напряже- ние, В Мощность, кВт Номипл.чь- НЛ)| ча- стота вра- щении, об шин К п я, % Ротор
В А
Л КБ-824 380 220 55 1 460 9I 5 160 200
АКБ-82-6 380 220 40 975 90 165 154
АКБ-924 380 220 100 1 450 90 5 235 275
Л КБ-92-6 380 220 7 л 960 90 5 215 220
АКБ-92 8 380 220 55 725 90 160 200
АКБ-102 4 380 160 1 455 92.7 292 316
Примечание. Максимальная частота вращения в генераторн м i»e-
ненме 3 иио об, мин.
ПРИ lOfKI.IIlll' Hl
СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ
У'цб.гица 1I///-1
Тригонометрические функции
со- tg соя tg сон ’к СОч СОЯ tg
1 О 0.94 0.303 0.86 0.593 0.74 0.909 0.62 1.266
0 9! П 0.1 0,935 0.379 0.85 0.62 0,73 O.93G 0,61 1,29.1
0.9'1 0.142 0.93 0.395 0,84 0,646 0.72 0,964 0.6 1.331
0.085 0,175 0,925 0.411 0,83 0.672 0.71 0.992 0,55 1.519
0,9В 0.203 0.92 0.426 0 82 0,698 0.7 I.O21 0.5 1.732
0,975 О 228 0.915 0.441 0,81 0,724 0 69 1 049 0,45 1 984
0,97 0.25! 0.91 0,4 и; 0 80 0,75 0 68 1.078 0,4 2.291
О.'Ны 0,272 0.905 0.47 0.79 0,776 0.67 1.108 0,35 268
0 96 0.292 0.9 0,484 0,78 0,802 0.66 1.138 0,3 3,17
0.955 0,311 0,89 0,512 0,77 0.829 0.65 1.169
0,95 0.328 0.88 0.540 0.76 0.885 0.61 1.2
0,945 0,345 0,87 0,567 0,75 0,882 0.63 1.233
Таблица сложных процентов за п лет
Таблица 11П 1-Я
р. % к m 4- 11 при п, рапном
5 в 7 8 10 15 20
3.0 1 159 1 195 1.23 1.27 1.344 1 555 1.80
3 25 1.173 1 215 1.255 1,30 1.377 1.615 1,90
3,5 1.188 1,23 1.27 1,31 1.411 1.68 1.99
3.75 1,202 1.245 1 295 1.34 1.445 1.71 2.03
4.0 1,217 1,265 1.31 1,36 1,480 1.8 2,19
4,25 1,231 1,285 1,34 1,40 1,516 1,86 2,29
4,50 1.246 1.3 1,36 1.42 1.553 1,91 2,42
5.0 1.276 1 34 1.10 1.47 1.629 2,08 2,65
5,5 1,307 1.38 1,46 1.51 1,708 2,23 2,92
6.0 1,338 1.42 1.5 1.59 1.791 2,395 3.2
7 1 403 1,505 1.6 1,71 1 967 2.76 3.87
8 1,469 1,59 1,71 1,85 2,159 3,17 4.64
9 1,539 1.68 1,83 2,0 2,367 3 64 5.61
10 1,611 1,77 1.95 2.14 2,591 1.16 6.71
11 1.69 1,88 2,07 2,3 2.81 4,8 8,07
18 Мукоеееп 10 Л
553
Про должен по табл. ПШ-2
р. % I / । р \« к в\’ Тю прп п* Равн<’м 1
5 6 < 8 10 15 * 20
12 1.76 1.97 *> 21 2.48 3.11 5,47 9.67
13 1,85 2.09 2.36 2.66 3.40 6.3 11.56
14 1.92 2,19 2,50 2,85 3,71 7,12 13,76
15 2,01 2,31 2,66 3.06 4.05 8.15 16 40
16 2,10 2,44 2 88 3 28 4 42 9.28 19.54
17 2,20 2.58 3,05 3.57 4.81 10.6 23.14
18 2,27 2,68 3,18 3,76 5 24 11.9 27,5
19 2.39 2,85 3.37 4.01 э.69 13,4 32 4
20 2,49 2,99 3 58 4.3 ^6.20 15,45 33.4
Таблица П/Л-3
Сдельные потери мощности в трехжильпых алюминиевых кабелях
ipn протекании по ним тока t А. Вт км
Зеченпе, мм® . . . 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240
\Ру, Вт/км...... 15,7 9.3 5,9 3,8 2,7 1,9 1.4 1 0,8 0,6 0,5 0.4
При расчетном токе 7М потеря мощности, кВт км,
ДРм =
ДРу/м
1000 "
Таблица ПШ-4
Справочный коэффициент А* на число полос для расчета
[oiijcthmux нагрузок многополосных медных и алюминиевых
винопроводов при постоянном токе
1исло полос..........1 2 3 4 5 6 7 8 9
А....................1 l.&i 2.65 3.45 4.25 5,03 5.82 6 6 7.38
I пело полос......... 10 11 12 13 14 14-|-/i
к....................8.16 8.94 9.72 10.5 11.28 11,28 4-0,77 п
Таблица ЛИ1-5
Допустимые токи алюминиевых проводников при повышенных
астотах в однофазных сетях, А
еченве проводника, мм» Частота, Гц
500 1 000 2 500 8 000 10 000
Одножиль ные кабелп марки ААГ с псп зованпе.м оболочкп О Л ь-
1X25 85 80 70 55 50
1 Х35 100 90 80 65 60
Продолжение табл. ПП1-5
Сечение проводника, мм2 Частота Гц
500 1 000 2500 8000 « 10 000
1 X 50 115 105 95 75 70
1X70 130 125 105 85 80
1X95 150 140 115 100 95
1 X 120 170 150 140 110 105
1X150 190 175 1.50 120 115
1 X 185 210 195 165 130 125
1 X 240 235 220 190 145 140
1 X зоо 270 245 205 160 155
1 Х400 305 275 240 18) 175
1 Х500 335 305 260 200 190
1 X 625 370 335 290 220 210
1 Х800 415 370 315 245 235
Д в у х ж и л ьн ы е кабели марки Л С Г
2 х 25 100 80 65 47 45
2 X 35 115 90 75 55 50
2X50 130 107 84 62 60
2х 70 155 130 100 75 70
2X95 180 150 120 85 80
2x120 200 170 135 95 90
2x150 225 185 150 110 105
Трехжпльпые кабели марок ЛСГ, ААГ во б и ф п л я р н о й схем с
3 X 25 115 95 75 55 50
3X35 135 110 85 65 60
3x50 155 130 100 75 70
3x95 205 170 135 100 95
3X120 230 200 160 115 ПО
3x150 270 220 180 125 120
3 X 185 380 250 195 140 135
3x210 325 285 220 155 150
Чети ре х ж и л ь пые кабели марок по б ифи л я р пой схеме АС Г и ААГ
Зх 504-1 x25 235 205 160 115 110
Зх 704-1 Х35 280 230 185 135 130
Зх 95+1 X50 335 305 220 160 150
3x120 + 1 X50 370 310 2о0 180 170
ЗХ150+1 X 70 415 340 260 195 190
Зх 185 +1 X 70 450 370 300 210 205
Две прямоугольные
шины марки А толщиной l,2z0
Зазор 10 мм
5X40 435 365 290 210 190
5X50 620 515 410 295 280
6X60 705 600 480 345 330
6x80 885 740 590 425 405
6 X 100 1 050 885 705 510 485
6 X 120 1 225 1025 825 590 560
18*
555
Продолжение табл. П111-5
Сечение проводника, мм* Частота, Гц
ЗНО 1 000 2 500 К ООО 10 000
3; । з о р 20 мм
5x40 520 435 345 250 225
5 х 50 655 545 435 315 300
6x60 765 645 515 370 350
6x80 1 020 855 680 490 465
6 X 100 1 235 1 040 825 600 570
6Х12О 1 450 1 215 975 700 665
Зазор 30 мм о
5 X 40 520 435 345 2.50 225
5 X 50 655 545 435 315 300
6 X 60 765 645 515 370 350
6X80 1035 870 695 500 475
6Х10О 1 290 1 085 865 630 595
6х 120 1 520 1 275 1025 740 695
П р и меч а пне. При трех nrnqax — две прямые п одна обрат-
ная— допустимый ток увеличивается на 42%.
Таблица ПН 1-6
Допустимые токи алюминиевых проводников прп повышенных
частотах в трехфазных сетях, А
Сечение про- води пка, мм’ Часточа, I и
200 400 I 300 NX) 1 000 2 400 3 000 К 000
Провода АИР, А II Р Т О?. А 11 В, Л II Г В (одножильные
вплотную с расположением ио треугольнику
п л и трехжпльныс, проложенные открыто)
3(1X16) 75 75 75 73 72 65 61 55
3(1x25) 105 103 103 100 97 94 76 69
3(1 X 35) 130 127 125 118 114 102 91 79
3(1x50) 162 156 152 139 132 120 102 92
3 (1 X 70) 204 188 181 170 167 140 119 107
3(1X95) 242 214 210 196 191 158 135 121
3 (1 X 120) 270 242 238 214 210 173 147 132
3(1X150) 295 270 260 234 229 188 160 143
3 (1 X 185) 324 296 290 255 250 206 175 155
3 (1 X 240) 375 335 325 286 280* 230 194 174
3(1X300) 420 365 355 312 305 250 212 189
Продолжении табл. ПН 1-6
Сечение про- водника, мм1 Частота, Гц
200 400 500 800 1000 2 400 5 000 8000
Кабели АВР Г, А II Р Г, АВ В Г, АПВ Г т рехжн льиые,
п р о л о ж е н п ы е открыто
3X16 50 59 59 58 57 52 48 44
3x25 72 71 70 68 67 60 52 47
3 X 35 89 88 86 82 79 71 63 54
3x50 108 104 101 92 88 79 68 61
3x70 136 126 120 113 112 94 79 72
3x95 161 143 142 131 128 106 90 81
3X120 183 163 162 145 141 117 100 89
Зх 150 205 187 182 161 158 130 110 99
3 X 185 229 210 204 180 178 145 123 110
Кабели А А Г, А А Ш А. А А Ш В трехжпльяыс,
проложенные открыто
3X16 60 59 59 58 58 52 —.
Зх 25 79 78 78 76 74 66 ——- ——
3x35 94 93 91 86 83 74 — ♦ —
3X50 118 113 110 101 93 86 —
3x70 151 139 133 125 120 101 — —
3x95 180 160 159 143 138 115 — —
3X120 201 179 177 156 151 120 »| —
ЗХ 150 227 207 201 174 170 137 — —
ЗХ 185 246 226 220 188 186 147 — —
3x240 266 238 230 197 192 153 — —
Таблица Till 1-7
Параметры штепсельных шинопроводов ШРА нрп
частоте 400 Гц
Номинальный ток, А Допустимый ток при частоте 400 Гц, А Сопротивление. Ом/км
активное реактивное
250 177 0.42 1.44
400 284 0.26 1.28
630 426 0,16 0.88
557
Таблица П1П-&
Показатели электрических нагрузок эдсктроирш мнпков
Элсктропрпемпикв Коэффициенты
использования мощности включения спроса
Горнообогатительные комбинаты и аглофабрнии Насосы, вентиляторы, компрессоры, га- зодувки, эксгаустеры
Насосы водяные * 0 7—0 8 0,8—0.83 1.0 0.75-0.9
Насосы песковые’ 09 0 80 1.0 0.91
Вакуум-насосы1 0.95 0.85 1.0 0.93
Вентиляторы * 0.6—0.8 0 75—0.8.) 1.0 —
Вентиляторы высокого давления аглофабрпкп* 0.75 0.83 1.0 —
Вентиляторы к дробилкам 0.4-05 0.7—0.75 1,0 —
Аглоэксгаустеры (газодувки)8 05—0.6 0.6—0.7 1.0 0.6—0,7
Механизмы дробления и измельчения Дробилки молотковые’ 0.8 0.85 1.0
Д|мюплки конусные’ 0.6—0,7 0.75—0.8 1.0 —
Дробилки Ч|*гырсхвалковые’ 0.9 0.9 1.0 —
Мельницы шаровые4 03 0.8 1.0 —
Мельницы стержневые’ 0.7 0.75 1.0 —
Грохоты ’ 05—0.6 0.6-0.7 1.0 —
Механизмы непрерывного транспорта •
Транспортеры ленточные свыше 170 кВг4 0 5—0.6 0 7—0 8 1.0
То же до 170 кВт’ 0 5—0 6 0.65—0.75 1.0
Конвейеры до 10 кВт’ U. 1—0.5 0.6—0 7 —
Продолжение табл. П I 1 I - 8
ЭЛсклюприемники Ki эффппиенты
использования МОЩНОСТИ включения спроса
Конвейеры свыше 10 кВт* 055—0.75 0.7—0.8 —
Конвейеры корпуса крупного дробления ’ 0.5-0.65 0.6—0 85
Питатели пластинчатые тарельчатые, ба^банные и дне- 0.3—0.1 0,5—06 —
новые ’ Элеваторы, шпеки* 0,6 0.7 — —
Механизмы фильтрации, обогащения Сгустители 0.7 0.8 1.0
Барабаны смесительны- ’ 0.6—0 7 0.8 1.0 —
Чашевыс охладители* 0.7 085 1.0 - -1
Столы концентрационные, чаны, баки концентрационные 0.6 0.7 1.0 —
и реагентные* Сушильные барабаны и сепараторы* 06 0.7 1.0
Классификаторы спиральные и реечные’ 0.65 0.8 1 0
Флотационные мапшны’ 0.9 08 1 0 -
Электрофильтры 0.4 0 87 1.0 —
Магнитные сепараторы индивидуальные (на постоянном 0.4 — 1,0
токе) Двигатели-генераторы 0.7 0.8 1.0
Вакуум-фильтры (лента, барабаны) 03 0.4
Вагоноопрокидыватели 0.6 0.5
Грейферные краны 0.2 0,6 — —
Коксохимические* заводы и цехи Транспортеры 03-0.7 0.4—0,85 05—0.9 0.5—03
Трав портеры катучве из 0.75 0,9 0,4 .
560
Продолжение табл. 111 1 I - 8
Элсктроприемникп Коэффициенты
использования мощности включения спроса
Питатели пластинчатые и ленточные 0,45 0,75 0.7—0,85 0.6
Дробилки молотковые 0.8 0.8 0.8 0 Ч
Дозировочные столы 0.25 0,5 08 0.35
Штабеле ры 0.16 0.6—0,75 0.3-0.5 0.35
Углеперстружателп 0,14 0.5 0.6-0,85 0.20
Коксовыталкиватели 0,10 0,75 0,7 0.20
Загрузочные вагоны 0.3 0.6 0,2 0,40
Двсросьемпые машины 0.3 0,7 — 0.25
Электровозы тушильных вагонов 0,15 0.75 0.6 0.2
Скиповые подъемники 0,05 0.5 0.1 0.3
Кабестаны 0.5 0.7 1.0 0 55
Вагопоон рокиды ватели 0,3 0.6 0,75 0,35
Металлургические заводы и цехи черной н цветной
металлургии
Насосы, вентиляторы, компрессоры
Насосы водяные 0.7—0.8 0 8-0.85 1.0 0,8
Насосы питательные мартеновского цеха 0.9 0.9 1.0 0.95
Дымососы мартеновского цеха 0.9 0 9 1,0 09.)
Вентиляторы доменного цеха 0,7—0 95 0.7—0.87 1.0 —
Вентиляторы газовых горелок 0,65 0.85 1,0 —
Вентиляторы прокатных цехов 0.6—0.75 0.75—0.9 1,0 0.7—0.9
Венгиля горы принудительного дутья 0.5-0,7 0,7-0,8 1,0 U.6—0.8
Продолжение табл. 11 III 8
Электропрпемиики Коэффициенты
использования мощности включения спроса
Bin тиля горы машинных залов 0.65 0.8 —
Комп pt с.( оры 0.65 0.8 — 0.8
Механизмы непрерывного транспорта
Конвейеры 0,35 0.7 — 0,55
Вспомогательные механизмы прокатных
станов и других цехов
Рольганги раскатпые 0 1-0,3 0.6 — —
Ро шпини индивидуальные 0.15 — —
Рольганги у ножниц 0.22 —
Рольганги приемные 0.34 — —
Рольганги v весов 0.3 — —
Рольганги центральные 0.10 0.88 0.25
Рольганги отводящие 0.25 — —— 0.3.)
Рольганги станинные 0.20 — 0,45 —
Рольганги стана 140 0,15 — — —
Рольганги стана 250-1 0.10 — —
Рольганги в с|м?дпем 0,17 — —-
11}Х'об|)азователп частоты рольгангов 0,2—0,5 — —
Кантователи 0.2 0,7 0,1 ——
Кантователи основной и дополнительной клети стана 300 0.35 — — —•
Манипуляторы, нажимные устройства 0.2 — • 0.6
Сталкиватели 0,12 — 0.1 I
Сл
Продолжение табл. П II1-8
Электроприсмникр Коэффициенты
использования мощности включения спроса
Толкатели слябов 0,32 0.15
Штабелирующие столы 010 0.8 — 0.16
11 од'ьемн ые стол ы, тол катели 0.15 —— —L 0.19
Двигатели крышек 010 0,65 0,10 —
НОЖНИЦЫ ХОТОДНОЙ реЗКИ 0,45 0.65 — 0.5
Пилы и ножницы горячей резки 0.15 0,9 —
Ножницы блюминга 0.25 0,5 —
Транспортиры ножниц 0,25 0.9 —
Ножницы района холодильника 0.3 0,5 — —
Вращение и перемещение пил горячей резки 0.50 —X — 0.5
Направляющие линейки и нажимные механизмы чисто- 0,01 0 75 —- ——
вых клетей Тянущие ролики моталок 0.2—0.4 , , 0,5
Гильотинные ножницы 0.13 0.5
Шлепперы Крышки нагревательных колодцев, шиберы, перекидка 0.25 o,i 0.7 0,6 — 0.35
клапанов, заслонки нагревательных печей, тарельча- тые клапаны Печные заслонки мартеновских печей 0,25 0.6
Транспортеры обрезков слябов 0,1—0.22 — — шшш
Вращающиеся распределители доменного цеха 0.03 0.7 — —
Грохоты кокса п затворы доменного цеха Разливочная машина доменного цеха 0.12 0.5 0,25 —
0,3 0.6 —
Бегуны доменного цеха 0,7 0,65 —
Продолжение табл. П I 11 - 8
Электроприсмпикя Коэффициенты
использования мощности включения спроса
Воздухонагреватели доменного цеха 0.5 0,82 } __
Газоочистки доменных цехов 0.7 0,7 — —
Роликоправильные машины 0,15 — —
Крапы разных назначений Краны рудного двора 0.35 0,7 0,5
Грейферные краны 0.35 — — —
Магнитные крапы 0.50 — — —
Краны разные 0,14—0,3 0,6 — 0,22—0,36
Специальные краны и транспортные у с т р о и с т в а Крапы разливочные мартеновского цеха 0 22
Краны заливочные мартеновскою цеха 0.20 0.6
Завалочные машины 0 35 — — . —
Краны двора изложниц 0.4 0,6 — —
Крапы отделения раздевания слитков 0.3 — —
Клещевые (колодцевыо) крапы прокатного цеха 0.5—0,6 — — —
Транспортные краны готовой продукции 0,45 0.6 — —
Краны отделения заготовок 0.45 0.6 1 —
Шарнир-краны 0.30 0,6 —
Слитковозы 0.20 — —
Трансферкары, привод 0.35—0,45 — —— 0,5—0.6
8 4»- П р о д о л ж о п и е табл. П 1 11 - 8
ЭлекTi।оприемн и к и Коэффициенты
использования мощности включения спроса
Термическпо и сварочные электрон р и- ^4
Р М II и к и
Печи сопротивления с непрерывной загрузкой .РЗ 1,0 — 0.85
То /ко с периодической загрузкой Дуговые сталеплавильные печи емкостью 3—10 т с авто- 0,6 1.0 — 0,7
матичоскпм регулированием электродов: 0,75 0,85
для качественных сталей с механизированной загруз- кой 0,9 ——
для качественных сталей без механизированной за- 0,6 0,87 0,7 —
грузки для фасонного литья с механизированной загрузкой 0.75 0.9 0.85
для фасонного литья без мехаипзи]юваниой загрузки 0,65 0.87 0,75 —
Дуговые сталеплавильные печи емкостью 0.5—1.5 т для 0.5 0.8 0.6 —
фасонного литья (во вспомогательных цехах с автома тическнм регулированием электродов) 0,7
Дуговые печи цветного металл^ (медные сплавы) емкостью 0,75 0,7 0.78
0.25—0.5 т с ручным регулированием электродов Рудпотерммческпе печи с трехфазными трансформаторами 0,9 0.9 1,0 •ям
6; 7.5 и 9 МВ • Л
Сушильные шкафы 0,8 1.0 0.8 ——
Мелкие нагревательные приборы 0.6 1,0 0.6 0.7
Сва[к*чпые трансформаторы дугово i электросварки 0.2 > 0,4 0,4 0.3
Сварочные трансформаторы автоматически сварки 0,5 —
Продолжение табл. II 1IL-8
U1
О гектропрпемпики Коэффициенты
использования мощности ВКЛЮЧСШ1Я спроса
Машиностроительная и металле об|>а ба ты ваюпци! про- мьпнле) шесть
Металлорежущие станки мелкосерийного производства с нормальным режимом работы — мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные, карусельные, точильные и т. и. 0,12—0.14 0,4—0.5 0.56 0.14—0.16
То же нри круппосг знйном производстве 0.16 0.5—0.6 0.57 0.2
То же прп тяжелом режиме работы: штамповочные прессы, автоматы, jx вольверпые, обдирочные, зубофре- зерпые, а также крупные токарные, строгальные, фрс- верные, карусельные, расточные станки 0.17 9 0.65 0.25
То же с особо тя/ылым режимом работы: приводы моло- тов, ковочных машин, волочильных станов, очистных барабанов, бегунов и др. 0.2—0.24 0.65 0.35—0.40
Механические цехи, много1ШШнде.т1Ы1ые автоматы для изготовления деталей из прутков 0.2 0.5—0.6 0,88 0.23
Переносным электроинструмент 0.06 0.5 — 0.1
Вентиляторы, эксгаустеры, санитарно-гигиеническая вен- тиляция 0,6-0,65 08 — (),(>.»—0.7
Пасисы, компрессоры, двигатель-генераторы Крамы, тельферы при НВ = 25 % 5 0.7 0.85 — 0.75
0.05 0.5 — 0.1
То же, при НВ = 40 % 6 0.10 -0.5 — 0.2
Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры песблокп- рованпыс 0.4 0.75 0.5
Продолжение табл. П II 1-8
» Электроприемники Коэффициенты
использования МОЩНОСТИ включения спроса
То же сблоки|ювашгыс Сварочные трансформаторы дуговой электросварки 0.55 02 0.75 0.4 — 0.65 0.3
Одпопостовые сна|ючныо двигатели-генераторы 0.3 0.6 —. 0,35
Многопостовые сварочные двигатели-генераторы 0 5 0.7 0.7 *
Сварочные машины шовные 0.2-0,5 0.7
1о же стыковые и точечные 0.2—0.25 0.6 --
Свгцючные дуювые автоматы типа АДС 035 0 5 0,5
Печи сопротивления с автоматической загрузкой изделий, , сушильные шкафы, нагревательные приборы 0.75—0.8 0.95 0.85 0.75—0,9
Печи сопротивления с неавтоматической загрузкой изде- лий 0,5 0.95 0,6 0,8
Индукционные ночи низкой частоты —. _ - 0,8
Двигатели-генераторы индукционных вечей высокой частоты — 0.8
Ламповые генераторы индукционных вечей высокой частоты —— 0,65 — 0,8
Строительная промышленность
Бетоноукладчики 0.15 0.6 0.2—0.3
Автоматические станки для правки п резки проволоки 0.15 0.6 —— 0.2—0.4
(формовочные машины 0.15 0 6 — 0,2—0.25
Конвейеры 0.15 0.5 -- 0.17—0.2
Рольганги 0.1 0.5 0 1
Земснаряды 0.25—0,93 0,69 -0.78 —
Экскаваторы с электроприводом — 0,5—0.6 — 0.4—0.6
Продолжение табл. П 111 - 8
Электропрпемникп Коэффициенты
использования МОЩНОСТИ включения спроса
Растворные узлы. — 0.5—0.6 —- 0.4—0.6
Крапы башенные и портальные — / 0,5 — 0.2
Трансформаторный олектроподогрев бетона, отогрев — U,75 — 0,7
грунта и трубой{юводов
Однопостовые двигатели-генераторы сварки — 0.6 0.3.)
Сварочные трансформаторы 0.2 0,4 — 0 3
Подносные механизмы — 0.45 — 0,1
Химическая промышленность
Заводы органической химии
Этиловое пром шодстпо — — — 0,5—0.7
11 {ЮИЗВОДСТВО жирных спиртов — — — 0.55
Производство смолы — 0.8 —• 0.65
П|кшзводство капролактама — 0.8 — 0,6—0.8
11 роизподство фвнолацетона — 0.7—0.75 — О.Ь—0.8
Прон шодстпо оргстекла — 0.7—0.8 — 0 5 -0 8
Корпуса производств этилена, пропилена, полипропилена — 0.7—0.8 0,4—0,7
Холодильные установки — — — Q.6
Трупговое водоснабжение — 07 — 0.Т
Приводы с непрерывным технологическим потоком (ком- 0.5 0.86 — —
прессоры, насосы, вентиляторы, мешалки, центрифуги)
Заводы синтетического спирта
Очистка газа от сероводорода — — — 0.(58
Пиролиз и компримирование газа 0,88
Продолжение табл. П III-8
1 • »ле|.-гропрпемннкп Коэффициенты
использования мощности включения СПРООЙ
Разделение пирогаза hi фракции 0 7'»
Концентрирование этилена —— __ - 0.72
Получение спирта 1
Пароводоцех — — — 0.95
Заводы резинотехнических изделий Производство транспортерных лент и прнводпых ремнец 0,53 0.8 0.57
в целом по двигателям напряжением выше 1000 В То же напряжением до 1000 В 0.3 0.7 0 4
Агрегат для изготовления особонрочных транспортерных 0.11 — 014
Лепт Каландр для изготовления сердечников транспортерных 0.48 0,7 0.53
лепт Каландр для обкладки транспортерных лепт 0.28 ол 0.44
Подогревательные вальцы производства транспортерных 0.43 03 — 0.56
лент Производство формовой техники в целом по цеху с уче- 0.58 оз 0.67
том электрон россов Производство формовой техники в целом по цеху без 0.36 0.65 039
учета электропрессов Шприц-машина производства формовой техники 0.37 03 0.45
Прессы с электрообогревом производства формовой тех- 0,78 — 0.86
ники прп рвооте То же прп разогреве 1 1 — 1
Продолжение табл. П I 1 I - 8
Электропрпемники Коэффициенты
использования МОЩНОСТИ включения спроса
Подогревательные вальцы производства формовой тех- ники 0.43 0,6 — 0.68
Цех клиновидных ремпей в целом 0.36 0.65 — 0.4
Подготовительный цех в целом 0.43 — — 0.58
Релшосмесителн подготовительного цеха 0.5 0.8 —• 0.75
Смесительные вальцы 84' подготовительного цеха ОМ ‘ 0.8 — 0,72
Цех спецшлангов, включая цех бездорновых рукавов в целом 0.37 0.6 — 0.41
Цех спиральных и буровых рукавов в целом 0.29 0.6 — 0.3
Ширпц-мяптнна камер 12—38 мм U.4 0.7 — 0.5
Агрегат для наложения наружного резинового слоя на рукава диаметром 19—38 мм 0.28 0.75 — ' 0,4
Цех длинных напорных рукавов в целом 0227 0.65 — 0.32
Каландры подготовительного цеха — фрикция; обкладка 0.5-1 0.7 — ОМ
Каландры подготовительного цеха — лпстоваиие Вентиляция 0Л6 0.5 — 0,53
0.65 0.75 — 0.65
• Настоящие материалы, источники которых указаны в [Л 1-11], в значительной мере устарели и рекомендуются в основном
для расчетов в учебных проектах
1 С асинхронными двигателями
* < .'синхронными двигателями при отстающем токе, с синхронными читателями прп опережающем токе.
« С синхронными двигателями при опережающем токе. ____
* При приведении мощности алектроприемннков к НВ — 100*4 Л* следует разделять на V11B .
Таблица ПИ 1-9
Контрольные показатели нагрузок по заводам и цехам
черной металлургии в целом
• Коэффициенты
Электроприемники использо- вания мощности спроса
* Агломерационная фабрика Коксохимический завод с углемойкой без сероочистки Доменный цех Мартеновский цех с котлами-утилиза- торами г1о же без котлов-утилизаторов Блюминг с нагревательными колод- цами: главный привод механизмы и краны Всего во стану Заготовочный стан 900 Трубопрокатный стан (агрегат Шти- феля) 130—360 мм Прошивной стан 250-1 Автомат-стан 250-1 Редакционный и калибровочный ста- ны 140 Калибровочный стан и механизмы трубоотделки Вспомогательные механизмы автомат- стана 250-1 Рельсобалочный стан Сортовые станы 300 Мелкосортные и проволочные станы Тонколистовом стан, включая отжиг Преобразовательный агрегат главного подъема доменного цеха1 Ремонтные и вспомогательные цехи 0.4 -0,6 0,2 0.5 0,2 0,13 0.65 0.25 0,3—0.4 0.45 0.5 0.26 0.22 0.14 0.31 0.28 0.3—0,4 0,4 0.35 0.4 0,4 0,3—0,4 •т 0-85 0.5—0 7 0.3 0.6 0,3 02 0,75 0.35—0.4 0.4—0.6 0,6—0.65 0,6 0 26 0.35 0.19 0,59 0.45 0,5—0.6 0.5 0.5 0,5 0,5 0,4-0,5
1 При синхронном двигателе с опережающим током.
Таблица ПП1-10
Расчетные коэффициенты для цементных заводов
с производством но мокром) способу
— —т Коэффициенты
Группы электроприемников использо- вания спроса мощности 1
Сырьевой цех Сырьевой цех в целом Сырьевые мельницы (главный привод/ 0.6 0,72 0,7 0.8 , 0,85
570
Продолжение табл. П I I I - 4 О
Группы эжектроприемннков Коэффициенты
использо- вания спроса мощности
Электропрпемникп до 1 000 В сырье- 0,56 0,75
вого цеха
Шламнасосы 0,56 0,75
Болтушки 0,62 — 0.8
Дробилки 0,54 0.8
Краповые мешалки шлама 0.38 — 0.5
Экскаваторы 0.4 — 0.7
Транспортеры 0.5 — 0.75
Карьер в целом 0.65 0,78 0,75
Цех обжига
Цех обжига в целом 0.75 0.8 0.75
Вращающиеся печи боа холодильника 0,7 0,8 0,8
в целом •
Вращающиеся печи с холодильником 0.6 0.75 0,7
в целом
Главные приводы печей 0.7 0.8
Дымососы печей 0,7 — 0.8
Механизмы пылсуборки / 0,46 — 0.65
Вентиляторы технологические 0.57 — 0.75
Транспортеры 0.45 — 0,7
Холодильники 0.53 — 0.75
Электрофильтры 0,6 0.72 0,85
Цех сухого помола
Цех сухого иомола в целом 0.8 0.9 0.85
Цементные мельницы в целом 08 0.9 0,85
Главный привод цементных мслышц 0.85 — 0,85—0.9
(емкостный)
Электропрпемникп до 1000 В цемент- 0,48 — 0.75
ных мельниц
Упаковочная 0.4 0.7
Грейферные краны 0.5 " 0.6
Пневмовинтовые насосы (фулер-на- 0,48 — 0,75
сосы) •
С ушильное отделение 0.6 — 0,75
Вентиляторы технологические 0,57 — 0,75
Общезаводские нагрузки
Компрессоры 0,75 — 0.85
Водонасосные 0.8 0,8
Вентиляторы сантехнические 0,64 — 0,75
571
Таблица Hill-11
Расчетные но >ффпциснгы дли Запада искусственного
и синтетического волокна
Цех Группы элсктропрмсмппкон Ко )фф>Щ1№НП4
4^ ге 6
с а 8 5
нсх 301 с МО! CTII
Капроновое п р о и а в одет в о
Химическнн Технологические 0.4 0.45 0.65
Цех в целом 0.5 0.6 0.8
Прядильный 1 ехнологическне1 0.55 0.65 0.7
Цех в целом* 0.6 0.65 0.75
Крутильный Тех поло гмческ I ю 0.6 0,7 0.75
Цех в целом 0.65 0.7 0.75
Отделочный 1ехнологическне 0.6 0.7 0.7
Цех в целом 0.6 0,7 0.75
Бобипоиерс.мот оч Технологические 0 55 0 65 0.65
ный Цех п целом 0.7 0.8 0.75
Регенерация от Технологические 0.5 0 6 0 7
ходов Цех в целом 0.55 0.65 0.7
К 0 Р Д 11 0 0 и р 0 и 3 В о д с т в о
Химический 'Го \ но логи чес к i ie 0.4 0.5 0.7
Цех в целом 0,5 0.55 0.7
11 рЯДИЛ Ы1ЫИ Технологические 0.5 0.55 0.7
Цех в целом 0,65 0.7 0.8
Крутильный Технологические 0.55 0 65 0.75
Цех в целом 0.6 0.7 0.8
Ткацкий Технологические 0,75 0 9 0.75
Цех в целом 0.8 0,85 0.75
Производство центрифуга.™ 11 0 г 0 hi е л к а 3
Химически и Технологические 0.45 0 6 0.7
Цех в целом 0,5 0.55 0.7
Прядильный Технологические1 0.6 0.65 0.75
Цех в целом 0 6 0.65 0.75
Отделочный Технологические 0,55 0.6 0.7
Цех в целом 0.6 0.65 0.75
Воб11ноне(м’моточ- Технологические 0.8 0.85 0,7
выи Цех в целом 0,75 0.8 0,7
* Без Дипильных котлов.
• С ДИ1111ЛЫ114МЦ КОТЛЛМП.
’ Но ВИСКОЗНОЙ Технологии.
* Без электроиср1тен.
572
П р о д о л ж е н и е т а <5 л. П 1 I I - 1 f
Лех Группы электроприемпиков исполь- зовании м 3 спроса е 6 я В мощно» * сти
Штапельное ц р ом з и одет в о5
Химический Технологические 0.5 0.6 0.7
Цех » целом 0 55 0.6 0.7
11 рядил ьноотделоч- Технологии' скне 0.55 0 75 08
ныи Цех в целом 0.0 0,75 0,8
Группы однотипных маши и
Прядильные машины шта 0.7
пели 0.38 —
Прядильные машины кап и 65 — 0.7
ропа Прядильные машины вп 0.5 — U.7
ско.шого корда Прядильные машины цен- 0.52 — 0,7
трифугалышго шелка (главный привод) 0.7
Прядильные машины цен- 0.62 —
трнфу сального шелка (электроверстсна) 0.8
11еремоточпые машины 0.78 —
Тростилi.iio крутильные 0.89 — 0.8
машины 0.8
Крутильные машины 0.61 —
Вытяжные машины 0.7 — 0.85
Ткацкие станки 0.74 — 0.7
Динпльпые котлы 0.58 — 1.0
11реобразователп частоты U 75 0.8 0.9 (емкост-
ный)
Компрессоры 0.78 — 0.8
Водонасосные 0.83 — 0.8
Вентиляторы саитехпичо- 0.64 — 0.75
ские
• По вискозной технологии
Таблица lllll-h
Расчетные коэффициенты для угольных и сланцевых шахт |.1. 2-2)
Электрой рисы В И КП Коэффициенты
использования МОЩНОСТИ
Дробилки щековые Дробилки конченые Грохоты Питатели пластинчатые 0,5—0.6 0.6—0.7 0.5—0.6 0,3—0,4 С С 5 с Сл С*, i ’ 1 1 1 С*. *4 ОС 7]
573
Продолжение табл. П 111 - 1 2
Электроприемники Коэффициенты
использования мощности
Насосы 0.7—0.8 0,8—0.85
Углесосы 0.9 0.85
Вентиляторы 0,75 0.85
Компрессоры поршневые 0.65—0.7 0.8—0,9
Турбокомпрессоры 0,5—0.65 0,8—0.9
Опрокидыватели 0.3 0.6
Экскаваторы 0.3—0.4 0.5—0.6
Конвейеры скребковые па добыче 0.38—0.45 0.7
То же, па проходке Погрузочные машины 0.2—0.25 0.7
0.12—0.18 -—
П роходческпе комбайны 0.23—0.5 —
Очистные комбайны 0.22—0.5 —
Врубовые машины и комбайны 0.25—0.3 0.7 -0.75
Погрузочные машины 0.16 0,5
Ленточные конвейеры 0.3—0,4 0.6—0.7
Таблица П111-13
Расчетные коэффициенты для заводов содового производства
(см. Инструктивные указания Тяжпромэлектропроекта, 1971, № 2)
О о и Коэффициенты с А । я
Отделения и цехи a Да fc а.? 1, а ci 1 о F 7 £ Е “ Я
г с н §5 Г= □. с d с х о о О © См к мм ° н ч s в св = 2 а к * о а
Оз* ЙЕ а т о S о Fa а Е =
Цех извести Технологическое оборудование 15 0.5 0,58 0,7
Вентиляция 4 0.7 0.7 0.7 —
Отделение гашения 5 0,5 0.8 0.65
Склады кокса и извести 13 0.15 0.25 0.6
В целом по цеху 7 0.55 0.64 0,7 7 500
Цех кальцинирован- ной соды •
Отделения:
абсорбции 4 0.7 0.78 0.8 6 000
дистилляции 7 0.75 0.8 0.8 6 000
карбонизации 8 0.7 0.75 0.8 6 000
компрессии 7 0.75 0,8 0.85 —
кальцинации 39 0.5 0.55 0,7 7 000
Склад соды 39 0.5 0.6 0.65 —
Технологпческое оборудование 71 0.6 0.7 0.7 —
Вентиляция 9 0.6 0.65 0.7 —
В целом по цеху 73 0.7 0.75 0.8 7 000
Продолжение табл. 11111-13
Отделения и цехи Эффективное число электро- приемников — Коэффициенты Число часов использова- ния макси- мума актив- ной нагрузки
исполь- зования спроса мощно- сти
Цех рассолоочистки
В целом по цеху 12 0,75 0,8 0,8 6000
Цех бикарбоната
Технологическое оборудование 15 0.5 0.59 0.6 —
Вентиляция 7 0.6 0,65 0,6 —
В целом по цеху без расфасовки продукции 16 0,5 0,6 0.6 —
Отделение расфасовки кальци- нированной соды и бикарбо- ната Цех каустической соды 6 0,4 0.55 0.5 • —
Отделения: 0,57 0.8
каустификации 11 0.5 —
фильтрации 4 0,5 0.65 0,7 —
выпарки 8 0.6 0.65 0,8 —
Барабанная мастерская Отделения каустика; И 0:2 0,28 0,5 —
жидкого 23 0.45 0.53 0,75 —
твердого 8 0,45 0.53 0.7 —
чешуйчатого 9 0.3 0.38 0.7 —•
Технологическое оборудование цеха каустической соды 18 0,5 0.56 0,75 —
Вентиляция 5 0,5 0.55 0.7 —
В целом по цеху 20 0,5 0,56 0,75 1000
Рассолоп ромы сел
В целом но рассолопромыслу 10 0,9 0,95 0,8 6 500
Меловой карьер
Дробильно-сортировочная фаб- рика (ДСФ) 21 0.37 0.5 0,5 —
Откатная канатная дорога 4 0,2 0.35 0,5 —
Подвесная канатная дор01а 4 0.4 0.48 0,65 —
Механическая мастерская 10 0.22 0.3 0.75 —
Электровозная откатка 4 0.38 0.45 0.3 —►
Горный участок (технологиче- ская нагрузка) 4 0.25 0,35 0 5 —
В целом по карьеру 14 0,3 0.37 0.5 6 0О0
575
Таблица ПП1-14
Расчетные коэффициенты для однотипного оборудования
цехов содовых производств (см. Инструктивные указания
Тяжпромэлектропроекта, 1971, 2)
Оборудование цехов Эффективное ЧИСЛО электро- приемников Коэффициенты
ИСПОЛЬ- зоваиия включе- ния мощно- сти
Цех извести Привод подачи шихты в печь 6 0,25 0,25 0,6
Воздуходувки и вентиляторы тех- 7 0,8 1 0,9
пологические Привод механизмов известковых 10 0.46 0.9 0,7
печей и иодачи сырья Элеваторы • 4 0,5 1 0,65
Транспортеры 7 0,4 1 0,6
Привод барабапа гасителя <^4 0,6 1 0.7
Насосы известковою молока 4 0.8 1 0,8
Насосы воды 4 0.75 1 0,9
Мешалки 6 0 85 1 0,7
Э лект рофпльтры 4 0.7 1 0,6
Шаровые мельницы <4 08 1 0.8
Круговые транспортеры 8 0,25 0.9 0,6
Шламовые насосы <4 0,4 1 0,6
Цех кальцинированной соды Воздушные компрессоры 5 0,85 1 0.8
Багерные насосы <4 0.7 1 (индук- тивный) 0.9 (емкост- ный) 0.8
Газовые компрессоры <4 0 95 1 0.9
Вакуум-насосы 11 0.95 1 (емкост- ный) 0,8
576
Продолжение табл. П1 11-14
Оборудование цехов Эффективное число электро- приемников Коэффициенты
исполь- зования включе- ния мощно- сти
Т у рбовозду ходувки <^4 0,8 1 0.9
Содовые печи 8 0.5 1 0,7
Мешалки 5 0.6 1 0.6
Шпеки 4 0,4 1 0.6
Насосы:
абсорбции 4 0.85 1 0.9
карбонизации <4 0.85 1 0,9
дистилляции 9 0.8 1 08
кальцинации 5 0.6 0.8 0.7
фильтрации <4 0.7 1 0.7
воды 5 0.85 1 0.8
Цех рассолоочистки
Насосы рассола:
сырого очищенного 7 0.8 0.85 1 1 0.9 0.9
Привод отстойника «Дорра» <4 ’ 0,65 1 0,7
Мешалки 4 0,5 1 0,65
Цех каустической соды
Ротационные мокрые компрессоры 6 0.7 1 0.8
(РКМ)
Насосы:
содового раствора <с^4 0.7 1 0,8
крепких щелоков <4 0.55 0.5 0.8
багерные 4 0.5 0.8 0,7
Компрессоры 5 0,6 0.8 0.7
Ра геол©промысел
Насосы:
рассола <4 0.95 1 0.85
воды <4 0.9 1 0.85
рассольных скважин 4 0,95 1 0,85
Меловой карьер
Экскаваторы 4 0.45 0,5* 0.75
Дробилки 4 0,1 0,15 0.3
577
Таблица Ш11-15
Удельные плотности силовых нагрузок па 1 м2 площади
некоторых производств
Производства
Удельная
нагрузка,
В • А м£
Шинопроводы в ФРГ (1 957 г.)
Электросварочные и термические цехи
Механические и сборочные (аппаратостроение) цехи
Штамповые, фрезерные, токарные цехи
Цехи приспособлении и инструментальные
Прессовые для пластмасс
300—600
200—300
150—300
50—100
100—200
Рекомендации IEEE [Л. 1-1 6J (1 96 9 г.)
Авиационные заводы
Стекловаренные и рафинировочные сахарные заводы
Бумажные фабрики
Текстильные фабрики, днзелестроптсльные заводы
Фабрики сигарет
Общею оборудование, химическое, электронное обо-
рудование
Ремонтные мастерские мелких бытовых приборов и
оборудования
Производство ламп
Производство небольших приборов
160—270
205
150
130
118
108
80
60
38
Горьковский автозавод (1961 г.)
Механосборочный цех № 1
Механосборочный цех № 2
Моторный цех
Цех автоматов
Кузовной корпус
Прессовый корпус
Колесный цех
Арматурный корпус
Кузнечио-рессорныи корпус
Литейный цех № 1
Литейный цех № 2
Литейный цех № 3
Деревообделочный цех
Цех сборки легковых машин
180
136
232
177
98
98
224
160
205
350
194
278
17
578
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1-1. Директивы XXIV съезда КПСС. М., Политиздат, 1971,
79 с.
1-2. Правила устройства электроустановок. М , «Энергия»,
1966, 464 с.
1-3. Правила технической эксплуатации электроустановок
потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации
электроустановок потребителей. М., «Энергия», 1969, 352 с.
1-4. Правила изготовления взрыве защите иного и рудничного
электрооборудования. ОЛА.648.053—67 М , «Энергия», 1969, 223 с
1 5. Строительные правила и нормы, ч. II, раздел М Глава 2.
Производственные здания промышленных предприятий. Нормы
проектирования (СНи11-М.2-72). М., Стройиздат, 1972, 19 с. (Гос-
строй СССР).
1-6. Указания по проектированию электроснабжения промыш-
ленных предприятий (СН-174-67). М., Стройиздат, 1968, 78 с. (Гос-
строй СССР).
1-7. Указания по проектированию силового электрооборудо
вания промышленных предприятий. (СП-357-66). М., Стройиздат.
1967,46 с. (Госстрой СССР).
1-8. Указания по проектированию и устройству молнпеза-
тциты зданий и сооружений (CH-305-69). М., Стройиздат, 1970,
32 с. (Госстрой СССР).
1-9. Правила защиты подземных металлических сооружений от
коррозии (CH-266-63). М., Стройиздат, 1964, 74 с. (Госстрой СССР).
1-10. Инструкция по защите городских подземных трубопрово-
дов от электрохимической коррозии. М , Стройиздат, 1965, 221 с.
(MK&J2C0CP).
Мукосеев Ю. Л. Вопросы электроснабжения промышлен-
ных предприятий. М., Госэнергоиздат, 1963, 424 с.
1-12. Казак Н. А. и др. Электроснабжение промышленных пред-
приятий М. — Л., «Энергия», 1964, 535 с.
1-13. Князевекий Б. А., Липкин Ю. Б. Электроснабжение про-
мышленных предприятий. М , «Высшая школа», 1969, 510 с.
1-14. Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных
предприятии. М., «Энергия», 1969, 304 с.
1-15. Федоров А. А. Основы электроснабжения промышленных
предприятий. М , «Энергия», 1972, 415 с.
1-16. Electric power distribution for industrial plants. Fourth
edition. IEEE. USA, N. Y„ 1969, p. 208.
1-17. Глазунов А. А., Глазунов А. А. Электрические сети и
системы. М. — Л.. Госэпсргопздат, 1960, 368 с.
1-18. Зсльцбург Л. М. Экономика электроснабжения промыш-
ленных предприятий. М., «Высшая школа», 1973, 275 с.
579
1-19. Гительсон С. М. Экономические решения прп проектиро-
вании электроснабжения промышленных предприятий. М., «Энер-
гия», 1971, 255 с.
1-20. Справочник ио электроустановкам промышленных пред-
приятий. Под род. Я М. Большама п др. Т. 1, ч. 1. М., Госэпергонз-
дат, 196.3, 720 с.
1-21 Карпов Ф. Ф., Козлов В. Н. Справочник по расчету про-
водов п кабелей. М., «Энергия», 1969, 264 с.
1-22. Справочник энергетика промышленных предприятии.
Т. I. Электроснабжение. Под ред. А. А. Федорова и др. М., Гос-
энергоиздат, 1961, 840 с
1-23. Белоруссов Н. И. Электрические кабели и провода. М.,
«Энергия», 1971, 512 с.
2-1 Лейбов Р. М., Озерной М. И. Электрификация подземных
горных работ. М., «Недра», 1972, 463 с.
2-2. Грейсух М. В., Кутовон Л. Н. Электроснабжение уголь-
ных и рудных шахт. М., «Недра», 1965, 285 с.
2-3. Волотковский С. А. и др. Электрификация открытых гор-
ных работ. М., «Недра», 1972, 469 с.
2-4. Плющ Б. М. и др. Электрооборудование нефтяных и газо-
вых промыслов. М.. «Недра», 1964, 320 с.
2-5. Грейсух М. В. и др. Электрооборудование и автоматиза-
ция обогатительных и агломерационных фабрик. М., «Металлур-
гия», 1971, 240 с.
2-6. Тайц А. А. Электроснабжение металлургических заводов.
М., «Металлургия», 1967. 288 с.
2-7 Шапиро В. Л. Электропривод тяжелых металлорежущих
станков. М., «Машиностроение», 1964, 223 с.
2-8. Глазков А. Н., Парфенов А. И. Электрооборудование неф-
тегазоперсрабатывающпх заводов «Машиностроение», 1969, 340 с.
2-9. Вольман Н. С. Электроснабжение целлюлозно-бумажных
предприятий. М., «Лесная промышленность», 1964, 350 с.
2-10. Гартунг С. В., Дубков Д. М. Справочник энергетика тек-
стильной промышленности. Т. 1. Электротехника. М., Гостехиздат,
1962, 760 с
3-1 Фотиев М. М. Электрооборудование сталеплавильных и
термических цехов. М., «Металлургия», 1969, 416 с.
3-2. Свепчанский А. Д., Смелянскпй М. Я. Электрические про-
мышленные печи Ч II, М., «Энергия», 1970, 264 с.
3-3. Промышленные установки электродугового нагрева и их
параметры. Под ред. Л. Е. Никольского. М., «Энергия», 1971, 271 с.
3-4 Епаиешппков М. М. Электрическое освещение. М. — Л.,
Госэпергопздат, 1962, 336 с.
4-1. Применение напряжения 660 В па промышленных пред-
приятиях. Сборник статей под род. И- А. Сыромятникова М. — Л.,
Госэнергопздат, 1962, 128 с.
4-2. Мукосеев Ю. Л. Об оптимальных напряжениях в системах
электроснабжения промышленных предприятий. — «Промышлен-
ная энергетика», 1965, 4, с. 33—37
4-3. Грейсух М. В., Сыромятников И. А. О применении напря-
жения 660 В в народном хозяйстве. — «Электричество», 1966,
№ 3, с. 12—17.
4-4. Грейсух М. В. Электроснабжение промышленных предприя-
тий при оптимальных напряжениях п трсбоваппя к электропромыш-
ленности Московский Дом научно-технической пропаганды им.
580
Ф. Э Дзержинского. Сборник докладов «Новая техника в электро-
снабжении и электрооборудовании промышленных предприятий»,
1971, с. 33—40.
5-1 Волобринский С. Д. н др. Электрические нагрузки про-
мышленных предприятий. Л., «Энергия», 1971, 264 с.
5-2. Указания ио определению электрических нагрузок в про-
мышленных установках. — «Инструктивные указания но проекти-
рованию электротехнических промышленных установок». Тяж-
промэлектропроект, 1968, № 6, с. 3—17.
5-3 Щукин Б. Д. и др. Применение ЭЦВМ для расчета цеховых
электрических сетей. — «Промышленная энергетика», 1969, № 12,
с. 26-27.
5-4. Жмакин А. П., Клейн П. П. О расчете электрических на-
грузок с помощью ЭЦВМ. — «Промышленная энергетика», 1971,
№11, с. 37—38.
5-5. Справочник по электропотребленпю в промышленности
Под ред. Г. П Минина л Ю. В Копытова. М , «Энергия», 1969,
432 с.
5-6. Вагнп Г. Я. Вопросы электроснабжения машин контактной
сварки машиностроительной промышленности. Автореф. дне. на
соиск. учеп. степени капд. техп. наук. Горький, 1970, 21 с.
5-7 Мукосеев Ю. Л.. Вагин Г. Я., Червонный Е. М. Расчет
суммарной нагрузки машин контактной сварки методом статисти-
ческого моделирования на ЦВМ. — «Электричество», 1972, № 6.
с. 16—19.
6-1. Бепсрман В. II., Ловцкий Н. Н. Проектирование сило-
вого электрооборудования промышленных предприятий. Л., «Энер-
гия», 1967, 512 с
6-2. Кац А. Л., Ясвен П. И. Крупноблочные комплектные уст-
ройства для управления электроприводами. М., «Энергия», 1971.
320 с.
6-3. Гринберг Г. С.? Дейч Р. С. Комплектные устройства эле-
ктротехнических установок до 500 В. М., Госэпергоиздат, 1963,
71 с.
6-4. Зевакин А. И. Комплектные шинопроводы до 1 000 В. М.,
«Энергия», 1967, 87 с
6-5. Лпгерман И. И. Крановые троллен. М., «Энергия», 1969,
88 с.
6-6. Круповпч В. И. и др. Проектирование и монтаж промыш-
ленных электрических сетей. М., «Энергия», 1971, 504 с.
6-7. Мукосеев Ю. Л. Распределение переменного тока в токо-
проводах. М., Госэпергоиздат, 1959, 136 с.
6-8. Ракович II. 11. Электрооборудование взрывоопасных про-
изводств. М., «Энергия», 1972, 376 с.
6-9. Броп О. Б. Электрические аппараты с водяным охлажде-
нием. Л., «Энергия», 1967, 262 с.
6-10. Иванов В. А. Параметры трехфазпых сетей повышенной
частоты промышленных предприятий. Автореф. две. па соиск. учен,
степени канд. техн наук, Горький. 1971, 25 с.
8-1. Грейсух М. В. Электрооборудование обогатительных п
агломерационных фабрик. М., Металлурглздат, 1960, 350 с.
8-2. Каждап А. Э. Цептр сети. — «Известия вузов. Электромеха-
ника», 1968, № 3. с. 325—327.
8-3. Ривкин Г. А. Преобразовательные устройства. М., «Энер-
гия»^ 1970, 544 с.
581
8-4. Семчинон А. М. Ртутно-преобразоиателы1ые. и полупро-
водниковые подстанции. Л., «Энергия», 1968, 260 с.
8-5. Шамов А. II.. Бодажков В. А. Проектирование и эксплуа-
тация высокочастотных установок М. — Л , Машгиз, 1968. 220 с
8-6. Бергинов А. II. в др Униполярные машины с жидкостным
токосъемом М., «Энергия», 196b, 256 с.
8-7 Оптимизация систем электроснабжения и режимов элект-
ропотреб.чення в цветной металлургии. Материалы ко П Всесоюз-
ному совещанию М., 1970, 419 с (Миицветмет СССР)
8-8. Донской А. В.. И вене кий Г. В. Минные преобразователи
частоты. Л., «Энергия», 1964, 216 с.
8-9. Глух Е. М., Зе ленов В. Е. Защита полупроводниковых
преобразователей М., «Энергия», 1970, 152 с
9-1 Семчинов А. М. Токопроводы промышленных предприя-
тии. Л., «Энергия», 1972, 200 с
9 2 Анастасией II. 11. и др Электрические сети энергоемких
предприятии М , «Энергия», 1971, 344 с
9-3. Крайз А. Г. п др. Оптимальные исполнения силовых двух-
обмоточных трансформаторов и схемы крупных понижающих под-
станций 110 кв. — «Электричество». 1970, А? 5, с. 4—9.
9-4. Михеев А. П. и др Построение схем питания дуговых
электропечей. — В кн : Электротермия. М., 1971,№ 111, с. 17—20
10-1 Афонин II. С. Надежность электроснабжения промыш-
ленных предприятий. М. — Л , Госэнергонздат, 1958. 296 с.
10-2. Венцель Е. С. Теория вероятностей М., «Наука», 1969,
576 с.
10-3. Базовский М. Надежность. Теория и практика М.,
«Мир», 1965, 373 с.
10 4. Гук 10. Б. и др Теория и расчет надежности систем эле-
ктроснабжения. М , «Энергия», 1970, 177 с.
10-5. Надежность электроснабжения Сборник статей под рсд.
И. Л. Сыромятникова. М — Л , «Энергия», 19Ь7, 271 с.
10-6. Веселов С. II., Михайлов В. В. Методика определения ве-
личины ущерба потребителей от не рерыва электроснабжения. —-
«Промышленная энергетика», 1967, № 12, с. 29—32
11-1 Литвак Л. В. Рациональная компенсация реактивных
нагрузок на промышленных предприятиях. М —Л., Госэперго-
издат, 1963, 256 с.
11-2 Гительсон С. М. Оптимальное распределение конденса-
торов на промышленных предприятиях. М., «Энергия», 1967, 153 с.
11-3 Мльяшов В. П. Конденсаторные установки промышлен-
ных предприятии М , «Энершя», 1972, 248 с.
114. Грейсу х М. В. О компенсации реактивных нагрузок
статическими конденсаторами. — «Промышленная энергетика»,
1971. Л? 11, с. 42—44.
11-5. Грепсух М. В. О режиме работы синхронных электродви-
гателей. — «Электричество», 1972, Л» 2, с. 85—88.
11-6. Компенсация реактивных нагрузок в электрических
сетях промпредприятий. Сборник докладов Московского Дома науч-
но-технической пропаганды имени Ф. Э. Дзержинского. М., 1972.
с. 160.
11-7. Баев А. В. и др. Вентильные преобразователи с конден-
саторами в силовых цепях М.. «Эпергпя». 1969. 256 с.
11-8. Гумановсьнй Б. Я. и др. Тиристорный источник реактив-
ной мощности. — «Электричество», 1970, № И, с. 55—59.
582
11-9. Магазиииик Г. Г. Об автоматической компенсации пере-
менной реактивной мощности с помощью синхронных двигателей —
«Электропромышленность», 1964, 241, с. 9—11.
11-10. Данциг Я. Б., Жилов Г. М. Искусственная компенса-
ция реактивной мощности электропечей Л., «Энергия», 1971, 80 с.
11-11. Жуков Л. А. м др. Статический регулируемый источник
реактивной мощности с вентильным управлением. — «Электриче-
ство, 1969, .V 12, с. 11—14
12 1. Тайц А. А., Метель Б. С. Регулирование напряжения и
реактивной мощности в электрических сетях промышленных пред-
приятий. М. —Л.. Госэпсргоиздат, 1960, 224 с.
12-2. Карпов Ф. Ф., Солдаткина Л. А. Регулирование напря-
жения в электросетях промышленных предприятий. М «Энергия».
1970, 220 с.
12-3 Константинов Б. А. О качестве напряжеппя на-промыш-
ленных предприятиях. — «Электричество», 1963. .V 5, с. 1—5.
12-4. Регулирование напряжения в электрических сетях.—
«Сборник докладов совещания в Рте, 1968 г.» .М., «Энергия», 1968,
606 с. (М-во энергетики и ьлектрификацип СССР).
12-5. Баркан Я. Д. Автоматизация регулирования напряженпя
в распределительных сетях. М., «Энергия», 1971, 231 с.
12-G. Мукосеев 10. Л. Применение сдвоенных реакторов для
стабилизации напряжения в сетях промышленных предприятий —
«Электричество», 1965. А» 4, с. 48—49
12-7. Вагин Г. Я. Установка продольно-емкостной к >мпенса-
ции в сети, питающем контактную электросварку. — «Промышлен-
ная энергетика», 1970, As 1, с. 31—33.
12-8. Огапьян Я. II. и др. Применение синхронных компенса-
торов с быстродействующим тиристорным возбуждением для сни-
жения влияния ударных нагрузок. — «Инструктивные указания
по проектированию электротехнических промышленных установок».
Тяжпромэлектропроект, 1971, As 8, с. 13—16.
12-9. Жсжеленко II. В. Влияние высших гармоник па работу
прокатных станов. — «Промышленная энергетика», 1970, As 7,
с. 34—38.
12-10 Жсжеленко И. В., Шевцов К. К. Проектирование уста-
новок батарей косинусных конденсаторов на подстанциях с источ-
никами гармоник. — «Инструктивные указания по проектирова-
нию электротехнических промышленных установок», Тяжпром-
электропроект, 1970, А? 9, с. 6—13.
12-11. Жежеленко И. А. Практические рекомендации по рас-
чету уровнен хармопик в‘системах электроснабжения металлургп-
ческих заводов. — «Инструктивные указания по проектированию
электротехнических промышленных установок». Тяжпромэлектро-
проект. 1971, А» 8, с. 3-12.
12-12. Шндловскнй А. К. Симметрирование режима многофаз-
ной системы при питании однофазных нагрузок. — В кп.: Проб-
лемы технической электродинамики Вып. 24. Киев, «Наумова думка»,
1970, с. 55—Ы
13-1 Волобрннский С. Д. Некоторые вопросы нормирования
электроиотребленпя п составления электробалансов предприятий. —
«Промышленная энергетика», 1969, As 2, с. 9—12
14-1. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и
синхронных электродвигателей. М. — Л., Госэнергонздат, 1963,
528 с.
583
14-2. Л1111Д(>)м|) Л. С. Повышение надежности работы синхрон-
ных двигателей. Al., 1 осэнерюиздат, I960, с. 120.
14-3. Миллер Г. Р. Автоматизация в системах электроснабже-
ния промышленных предприятий. М. — Л., Госэнергоиздат, 1961,
176 с
14-4. Ipciieyx М. В. Особенности электроснабжения установок
с мощными двигателями, — «Электричество», Л» 9, 1969, с. 17—21
14-5. Голодное 10. М. О расширении границ внедрения само-
запуска синхронных двигателей — «Промышленная энергетика»,
1966, Л1 6, с. 22—27.
14-6. Лецдорф Л. С.. Слодарж М. И. О допустимости несинх-
ронного включения синхронных двигателей.—«Промышленная
энергетика», 1971, № 10, с. 43—47.
14-7. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы
в электрических системах. М., «Высшая школа». 1970, 471 с.
15-1. Указания ио проектированию телемеханизации объек-
тов энергоснабжения промышле иных предприятий. —«Инструк-
тивные указания но проектированию электротехнических промыш-
ленных установок» Тяжпромэлектропроект, 1970, А? 6, с 3—18
15-2. Голкдгоф Б. Г. и др. Автоматизация и телемеханизация
энергоснабжения промышленных предприятий. А1. — Л., «Энер-
гш1», 1964, 280 с
15-3. Лысов А. С. п ;у). Опыт эксплуатации телемеханпзпро-
ваппоп системы электроснаоженпя металлургического комбината. —
«Промышленная энергетика», 1967, № 1, с 17—22.
16-1. Пайфельд М. Р. Заземления, защитные меры электробс-
зопаспости .М., «Энергия», 1971, 311 с.
16-2. Князекскпй Б. А. н др. Охрана труда в электроустанов-
ках. М., «Энергия», 1970, 320 с.
16-3. Коструба С. И. П шерепия электрических параметров
земли п заземляющих устройств. М., «Энергия», 1972, 169 с.
16-4. Воронина А. А. и др. Расчет заземлителей подстанций
по допустимому сопротивлению растекания — «Электри’гескпе стан-
ции». 1970, Лё 2, с. 59—65.
16-5. Черкасов В. П. Защита взрывоопасных сооружений от
молнии и Статического электричества М., Стройиздат, 1965, 131 с.
16-6. Аиастагиев П. И. и др. Молнпезащита зданий и сооруже-
нии. М., «Энергия», 1966, 144 с.