Электрооборудование нефтяной и газовой промышленности

исключает возможность одновременного включения контакто­ ров В и Н.

Эта схема не предотвращает аварий при одновременном включении обоих контакторов вручную, а также при привари­ вании одного из контакторов, так как второй контактор в этом случае может быть включен кнопкой.

На рис. 5.16,6 показан другой вариант управления ревер­ сивными контакторами. Здесь применены одинарные кнопки с самовозвратом и с одним замыкающим контактом, а управле-

Рис. 5.15. Принципиальная схема пуска асинхронного двигателя:

Д — двигатель; Л — линейный контактор; «П уск» и «Стоп» — кнопки управления; Л К и Л З — красная и зеленая сигнальные лампы

Рис. 5.16. Схемы включения сдвоенных (а) и одинарных (б) кнопок управ­ ления

ние осуществляется размыкающими вспомогательными контак­ тами контакторов В и Я. Эти контакты включены таким обра­ зом, что при включении, например, контактора В его вспомога­ тельный контакт разрывает цепь питания катушки контактора Н и наоборот. Такая схема допускает при одновременном на­ жатии обеих кнопок кратковременное включение обоих контак­ торов. Поэтому в ответственных электроприводах кроме элек­ трической применяют механическую блокировку, которая жестко связывает подвижные системы контакторов В и Н между собой и полностью исключает их одновременное включение.

Для некоторых многодвигательных приводов предусматри­ вают связи, обеспечивающие согласованность и определенную последовательность в работе отдельных двигателей. Простым примером такой связи является схема, представленная на рис. 5.17, а, не допускающая пуска главного двигателя Д1 без

211

запуска вспомогательного двигателя Д2 и обеспечивающая ав­ томатическое отключение главного двигателя при отключении вспомогательного. Здесь пуск главного двигателя осуществля­ ется включением контактора /СУ, питание катушки которого производится через вспомогательный контакт /0 2 , замкнутый при работающем двигателе Д2.

При отключении вспомогательного двигателя, в том числе из-за срабатывания теплового реле РТ2, главный двигатель ав­ томатически отключается, так как цепь питания контактора УСУ разрывается вспомогательным контактом К2.

Часто необходимо исключить возможность одновременной работы двух двигателей. Так, недопустимы одновременное вклю­ чение и работа двигателей привода лебедки и приводного дви­ гателя автомата подачи долота (рис. 5.17,6). В качестве приводного двигателя лебедки служит асинхронный двигатель с фазным ротором Д1. Привод подачи осуществляется двига­ телем ДЗ, питаемым по системе генератор — двигатель от гене­ ратора Г, вращаемого двигателем Д2. Контакторы В, Н и Л1 включаются кнопками Ви, Н3 и П.

Исключение одновременной работы приводов производится с помощью размыкающих контактов В и Н в цепи катушки кон-- тактора Л2 и контактов Л2 в цепи питания катушек контакто­ ров В и Н. Включение контактора Л2 возможно только после включения контактора Л1 при условии, что контакторы В и Н отключены. Для остановки двигателей служат кнопки Стоп 1 и Стоп 2. Аппараты, управляющие резисторами в цепи ротора дви­ гателя ДУ, на данной схеме не показаны.

Для преобразования переменного тока в постоянный нашли применение схемы выпрямления. Рассмотрим некоторые из них при чисто активном сопротивлении нагрузки. На рис. 5.18 при­ ведена однофазная мостовая схема выпрямления с неуправляе­ мыми вентилями и даны диаграммы токов и напряжений в раз­ личных точках выпрямительного устройства. На этих и

угол.

Одна диагональ моста включается на переменное напряже­ ние вторичной обмотки трансформатора, а другая — на нагру­ зочный резистор.

Вентили включаются так, что в один из полупериодон в про­ ведении тока участвуют вентили В1 и ВЗ и ток проходит по на­ правлению, отмеченному сплошными стрелками, в другой полупериод в проведении тока принимают участие вентили В2 и В4 и ток проходит по направлению, указанному пунктирными стрелками.

Таким образом, через нагрузку ток id проходит всегда в од­ ном направлении. При этом во вторичной обмотке трансформа­ тора проходит чисто переменный ток.

213

Положительным полюсом выпрямителя мостовой однофаз­ ной схемы является точка связи вентилей В1 и В2 (катоды), отрицательным — объединенная точка анодов ВЗ и В4.

Среднее значение выпрямленного напряжения в этой схеме

U d = lVLu2= Q , 9 U t ,

Я

Таким образом, связь между средним значением выпрям­ ленного напряжения и действующим значением переменного напряжения при чисто активной нагрузке определяется в этой системе тем же соотношением, которым связаны среднее и дей­ ствующее значение синусоидального напряжения:

средняя сила выпрямленного тока

h

U±.

Rd ’

средняя сила тока через вентиль

U .

максимальная сила тока через вентиль

max = I d max = Id = в-

Диаграмма напряжения на сопротивлении нагрузки и тока через него приведена на рис. 5.18,6. Обратное напряжение на вентиле в этой схеме определяется фазным напряжением, по­ скольку при работе, например В1 и ВЗ, В2 и В4 подключены на полное напряжение вторичной обмотки трансформатора (сети): одна точка вентилей В2 и В4 подключена непосредст­ венно к сети, а другая — через проводящий вентиль В1 или ВЗ. При этом падением напряжения на диодах пренебрегаем.

Диаграмма напряжения на вентиле и тока, проходящего че­ рез него, приведена на рис. 5.18, в, д. Кривая первичного тока (рис. 5.18, г) повторяет кривую вторичного тока.

При работе управляемой однофазной мостовой схемы (рис. 5.19, а) управляющие импульсы должны подаваться од­ новременно на два тиристора схемы, расположенные диаго­ нально: 77 и ТЗ, Т2 и 77.

Например, в момент t\ (рис. 5.19,6) на тиристоры 77 и ТЗ поданы управляющие импульсы. Тиристоры отпираются, и в интервале t\—t<i ток протекает через сопротивление нагрузки Rd• В момент t%ток проходит через нуль, и тиристоры Т1 и ТЗ запираются.

214

В интервале t2—h все тиристоры закрыты. Далее, в мо­ мент подаются управляющие импульсы на следующую пару тиристоров Т2 и Т4. Тиристоры Т2 и Т4 работают аналогично предыдущей паре, но только со смещением по фазе на 180°

Кривые выпрямленного напряжения и выпрямленного тока (Ua и id) этой схемы приведены на рис. 5.19,6.

Среднее значение выпрямленного напряжения

Предельный угол регулирования в однофазной мостовой схеме с активной нагрузкой равен 180°

На рис. 5.19, в приведена кривая напряжения на тиристоре. Максимальное значение обратного напряжения на тиристорах равно амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформа­ тора:

I l U o6ms% = V 2 U ^ = l,i 2 U ^ .

Максимальное значение прямого напряжения на тиристоре зависит от угла регулирования следующим образом:

^пр шах = “ ^ 2ф sin а.

Среднее значение силы тока через каждый тиристор

Форма кривой тока в первичной обмотке трансформатора аналогична форме кривой тока вторичной обмотки (рис. 5.19,г).

215

Схемы пуска электродвигателей переменного тока

Существуют четыре основных функциональных принципа автоматического пуска двигателей: скорости, тока, времени и пути.

Управление в функции скорости основано на непосредствен­ ном или косвенном контроле изменения скорости (центробеж­ ные реле, реле напряжения, тахогенераторы).

При управлении в функции тока работа аппаратов, шунти­ рующих пусковые сопротивления (контакторов ускорения), за­ висит от силы тока двигателя. Катушки контакторов ускорения включаются непосредственно в главную цепь двигателя либо ис­ пользуются реле, включенные в главную цепь двигателя, а ка­ тушки контакторов включаются в цепь управления.

При управлении в функции времени контакторы ускорения переключают реле, выдержка времени которых устанавлива­ ется при наладке и не зависит от условий пуска.

Управление в функции пути осуществляется командоаппаратами, устанавливаемыми в различных точках пути, совершае­ мого рабочим органом машины, например, в схемах управления приводом буровой лебедки.

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей на нефте­ промыслах осуществляется прямым подключением обмотки статора к сети. Для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором применяют схемы управления в функции тока или в функции времени, а также в функции, зависимой от тока вы­ держки времени.

Запуск синхронных двигателей, применяемых в буровых ус­ тановках, осуществляется прямым включением статора двига­ теля в сеть с глухоподключенным возбудителем. Это наиболее простая и надежная схема.

Для пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей на­ пряжением до 1 000 В мощностью до 75 кВт применяют магнит­ ные пускатели.

Магнитные пускатели состоят из одного или двух контакто­ ров, смонтированных на общей панели и помещенных в метал­ лический корпус. Большая часть пускателей снабжена также встроенным тепловым реле. Магнитный пускатель с одним кон­ тактором называется нереверсивным. Он осуществляет пуск, отключение, защиту двигателя от самопроизвольных включе­ ний при появлении напряжения и защиту от перегрузок. Пус­ катель с двумя контакторами называется реверсивным и вы­ полняет помимо перечисленных функций управление реверсом двигателя. В реверсивных пускателях применена механическая блокировка, исключающая одновременное включение обоих контакторов. На рис. 5.20 показана схема соединений реверсив­ ного магнитного пускателя, позволяющая автоматически пус­ кать, останавливать, а также изменять направление вращения

216

асинхронного Двигателя. Основными элементами В данной схеме являются два трехполюсных контактора — В «Вперед» и Я — «Назад», каждый из которых снабжен замыкающим вспо­ могательным контактом для шунтирования соответствующей пусковой кнопки. Для защиты двигателя от перегрузки в глав­ ную цепь его включены нагревательные элементы тепловых реле РТ1 и РТ2, защита от коротких замыканий осуществля­ ется предохранителями Я.

Командным аппаратом является кнопочная станция, состоя­ щая из трех кнопок: «Вперед», «Назад» и «Стоп». Чтобы пу-

Рис. 5.20. Управление асинхронным короткозамкнутым двигателем при по­ мощи реверсивного магнитного пускателя

стить двигатель вперед, нажимают на кнопку «Вперед», замы­ кая тем самым цепь катушки контактора В. Главные контакты его В закрываются. Двигатель оказывается подключенным к сети и начинает вращаться. Одновременно закрывается за­ мыкающий вспомогательный контакт В, который шунтирует контакты пусковой кнопки «Вперед», благодаря чему дальней­ шее воздействие на эту кнопку становится излишним, так как катушка контактора В питается через вспомогательный кон­ такт В. При работе «Вперед» двигатель может автоматически останавливаться под действием тепловой и нулевой защит.

Чтобы «заставить» двигатель вращаться в обратном направ­ лении, необходимо нажать на пусковую кнопку «Назад». При этом образуется цепь питания катушки контактора Я; усилием этой катушки будут замкнуты главные контакты контактора Я и его вспомогательный контакт, и двигатель подключится к сети для работы — в обратном направлении. Останавливается дви­ гатель после этого так же, как и при управлении работой «Впе­ ред», т. е. кнопкой «Стоп».

217

Глава 6

Взрывобезопасность электрического оборудования

Большое число помещений, в которых размещаются техно­

духе, характеризуются наличием горючих газов и паров, кото­ рые могут создавать с воздухом, кислородом и с другими газа­

компрессорные станции, фонтанные скважины, трапы, замерные емкости, резервуарные парки, электрообезвоживающие и обес­ соливающие установки и др.

Для взрывоопасных установок должно применяться специ­ альное взрывозащищенное электрооборудование (машины, ап­ параты управления) и специальные виды прокладки проводов.

§27. Классификация взрывоопасных смесей

ипомещений в нефтяной и газовой промышленности

Согласно Правилам изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ) взрывоопасные смеси паров легковоспламеняющихся жидкостей или горючих газов с газами-окислителями классифицируются по категориям и группам.

Пары горючих жидкостей относятся к взрывоопасным, если

температуре окружающей среды.

Взрывоопасные смеси разбивают на категории исходя из следующего принципа. Если заполнить взрывоопасной смесью оболочку, части которой сочленяются между собой при помощи плоских фланцев, а между ними имеется зазор, и эту оболочку поместить в камеру, тоже заполненную взрывоопасной смесью, то при воспламенении смеси в оболочке пламя через фланце­ вые зазоры оболочки может поджечь смесь в окружающей ка­ мере. При определенном составе смеси можно подобрать та­ кой размер зазора в оболочке, при котором воспламенение смеси вне оболочки будет происходить только в половине опы­ тов, т. е. число воспламенений смеси в камере составит 50% от числа воспламенений смеси в оболочке. Величина зазора зави­ сит от состава смеси: для медленно горящих смесей она больше, чем для быстро горящих.

219

Взависимости от способности передачи взрыва через зазоры

воболочке устанавливаются четыре категории взрывоопасных смесей:

2Свыше 0,65 до 1,0

3Свыше 0,35 до 0,65

4Менее 0,35

Взрывоопасные паро- и газовоздушные смеси разбивают на группы исходя из температуры их самовоспламенения, т. е. температуры, до которой должна быть равномерно нагрета смесь, чтобы она воспламенилась без воздействия на нее извне открытого пламени:

Категории н группы взрывоопасности некоторых горючих веществ, встречающихся в нефтяной и газовой промышленно­ сти, представлены в табл. 6 .1 .

220