книги из ГПНТБ / Блантер С.Г. Электрооборудование для нефтяной промышленности учебник

§ 3 1 . ТИПОВЫЕ У З Л Ы И СХЕМЫ КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Типовые узлы схем

Рассмотрим узлы, встречающиеся в схемах управления двига­ телями нефтепромысловых механизмов.

Вреверсивных электроприводах недопустимо одновременное

включение контакторов «вперед» и «назад», так как это приводит к коротким замыканиям в силовой цепи. Поэтому в схемах управле­ ния этими контакторами используются сдвоенные кнопки с самовоз­ вратом, имеющие по одному замыкающему и одному размыкающему

быть включен кнопкой.

На рис. 4.17, б показан другой вариант управления реверсив­ ными контакторами. Здесь применены одинарные кнопки с самовоз­ вратом и с одним замыкающим контактом, а блокировка осущест­ вляется размыкающими блок-контактами контакторов В и Н. Эти блок-контакты включены таким образом, что при включении, например, контактора В его блок-контакт разрывает цепь питания катушки контактора Н и наоборот. Такая схема допускает при одно­ временном нажатии обеих кнопок кратковременное включение обоих контакторов. Поэтому в ответственных электроприводах кроме элек­ трической блокировки применяется механическая блокировка, кото­ рая жестко связывает подвижные системы'контакторов В и Н между собой и полностью исключает их одновременное включение.

Для некоторых многодвигательных приводов предусматривают блокировочные связи, обеспечивающие согласованность и опреде­ ленную последовательность в работе отдельных двигателей. Простым примером такой блокировки является схема, представленная на рис. 4.18, а. Эта схема не позволяет производить пуск главного двигателя Д1 без запуска вспомогательного двигателя Д2 и обеспе-

чивает автоматическое отключение главного двигателя при отклю­ чении вспомогательного. Здесь пуск главного двигателя осущест­ вляется включением контактора К1, питание катушки которого производится через блок-контакт К2, замкнутый при работающем двигателе Д2.

При отключении вспомогательного двигателя, в том числе и по причине срабатывания теплового реле 2РТ, главный двигатель Д1 автоматически отключается, так как цепь питания контактора К1 разрывается блок-контактом К2.

Б '

Рис. 4.18. Схема блокировочных связей двухдвигательных приводов:

а — блокировка главного и вспомогательного двигателей; 6 — блокировка, исключающая одновременную работу двигателей.

Часто необходимо исключить возможность одновременной работы двух двигателей. Так, недопустимы одновременное включение и работа двигателей привода лебедки и приводного двигателя авто­ мата подачи долота. Схема блокировки для этого случая предста­ влена на рис. 4.18, б.

В качестве приводного двигателя лебедки служит асинхронный двигатель с фазным ротором Д1. Привод подачи осуществляется двигателем ДЗ, который питается по системе генератор — двигатель от генератора Г, вращаемого двигателем Д2. Контакторы В, Н и Л1 включаются кнопками Вп, На и П.

Одновременная работа приводов исключается размыкающими контактами В и Н в цепи катушки контактора Л2 и блок-контак­ тов Л2 в цепи питания катушек контакторов 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, управля­ ющие резисторами в цепи ротора двигателя Д1, на данной схеме не показаны.

Схемы пуска электродвигателей переменного тока

Существуют четыре основных принципа автоматического пуска двигателей: в функции ч а с т о т ы вращения, в функции т о к а ,

посредственном или косвенном контроле изменения частоты враще­ ния (центробежные реле, реле напряжения, тахогенераторы).

При управлении в функции т о к а работа аппаратов, шунти­ рующих пусковые резисторы, зависит от силы тока двигателя. Ка­ тушки контакторов ускорения включают непосредственно в главную цепь двигателя, либо используют реле, включенные в главную цепь двигателя, а катушки контакторов включают в цепь управления.

При управлении в функции в р е м е н и контакторы ускорения переключаются реле времени, выдержка времени которых устанавли­ вается при наладке и не зависит от условий пуска.

Управление в функции п у т и осуществляется различными командоаппаратами, устанавливаемыми в различных точках пути, совершаемого рабочим органом машины.

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей на нефтепро­ мыслах осуществляется прямым подключением обмотки статора к сети. Иногда для пуска мощных двигателей водоносных и газо­ компрессорных установок применяют схемы реакторного пуска, причем управление выключателем, замыкающим реактор, произво­ дится в функции в р е м е н и с к о н т р о л е м п о т о к у .

Для пуска асинхронных: двигателей с фазным ротором применяют схемы управления в функции тока или в функции времени, а также в функции, зависимой от тока выдержки времени.

Запуск синхронных двигателей, применяемых в буровых уста­ новках, осуществляется прямым включением статора двигателя к сети и с глухоподключенным возбудителем. Это наиболее простая и надежная схема. Иногда применяют схемы реакторного или авто­ трансформаторного пуска.

Для пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей напряже­ нием до 1000 В и мощностью до 75 кВт применяют м а г н и т н ы е п у с к а т е л и . Они состоят из одного или двух контакторов, смон­ тированных на общей панели и помещенных в металлический кор­ пус. Большая часть пускателей снабжена также встроенным тепло­ вым реле. Магнитный пускатель с одним контактором называется нереверсивным. Он осуществляет пуск, отключение, защиту двига­ теля от самопроизвольных включений при появлении напряжения и защиту от перегрузок. Пускатель с двумя контакторами носит название реверсивного и выполняет помимо перечисленных функций

управление реверсом двигателя. В реверсивных пускателях приме­ нена механическая блокировка, исключающая одновременное вклю­ чение обоих контакторов.

На рис. 4.19 показана схема соединений магнитного пускателя, позволяющая автоматически пускать, останавливать, а также изменять направление вращения асинхронного двигателя. Основ­ ными элементами в данной схеме являются два трехполюсных кон­ тактора: В — «Вперед» и Н — «Назад», каждый из которых снабжен замыкающим блок-контактом для шунтирования соответствующей пусковой кнопки. Для защиты двигателя от перегрузки в главную

\Ш\ \

Рис. 4.19. Управление асинхронным короткозамкнутым двига­ телем с помощью реверсивного магнитного пускателя.

цепь его включены нагревательные элементы тепловых реле 1РТ и 2РТ, защита от коротких замыканий осуществляется предохрани­ телями П.

Командным аппаратом является кнопочная станция, состоящая из трех кнопок: «Вперед», «Назад» и «Стоп». Чтобы пустить дви­ гатель вперед, нажимают на кнопку «Вперед», замыкая тем самым контакты 3—Ь (при разомкнутых контактах 2—4) и цепь катушки контактора В. Главные контакты его В закрываются. Двигатель оказывается подключенным к сети и начинает вращаться. Одно­ временно закрывается замыкающий блок-контакт В, который шун­ тирует контакты пусковой кнопки «Вперед», благодаря чему даль­ нейшее воздействие на эту кнопку становится излишним, так как катушка контактора В питается через блок-контакт В. При работе «Вперед» двигатель может автоматически останавливаться под дей­ ствием тепловой и нулевой защит.

Чтобы заставить двигатель вращаться в обратном направлении, необходимо нажать на пусковую кнопку «Назад». При этом обра­ зуется цепь питания катушки контактора Н; усилием этой катушки будут замкнуты главные контакты контактора Н и его блок-

контакт, и двигатель подключится к сети для работы в обратном направлении. Останавливается двигатель после этого так же, как и при управлении работой «Вперед», т. е. кнопкой «Стоп».

Пуск асинхронных короткозамкнутых двигателей на напряжения до 1000 В мощностью более 75 кВт осуществляется контакторами

1

2Р\

лЗРМ 2РМ 1РМ 2Р1 іРТ m

•0

Рис. 4.20. Схема пуска в функции времени асинхронного двигателя с фазным ротором.

переменного тока; двигатели на напряжение более 1000 В запуска­ ются высоковольтными контакторами, а при малой частоте пусков масляными выключателями.

Пример схемы автоматического управления асинхронным дви­ гателем с фазным ротором в функции времени показан на рис. 4.20. Обмотка статора двигателя подключается к сети контактором Л. Для тепловой защиты служат реле 1РТ и 2РТ, для защиты от корот­ ких замыканий максимальные реле 1РМ — ЗРМ. Резисторы, вклю­ ченные в цепь каждой фазы обмотки ротора, разбиты на три секции, которые могут быть замкнуты накоротко двухполюсными контакто­ рами 1У, 2У и трехполюсным ЗУ, называемыми контакторами уско­ рения.

В качестве реле ускорения (реле, управляющие контакторами ускорения) использованы реле постоянного тока, питаемые через

выпрямитель ВК. До пуска двигателя при замкнутых рубильниках IP и 2Р катушка реле IP У обтекается током и его размыкающий контакт в цепи катушки 1У открыт, замыкающий контакт в цепи катушки 2РУ закрыт. Для пуска двигателя нажимают кнопку П, благодаря чему возбудится втягивающая катушка Л, которая замкнет главные контакты Л. Тем самым обмотка статора подклю­ чится к сети. Одновременно замкнется блок-контакт Л, шунтиру­ ющий пусковую кнопку. Двигатель начнет вращаться, причем в каждую фазу ротора будет полностью включено сопротивление пускового реостата. Как только контактор Л сработает, его размы­ кающий контакт. откроется и катушка реле 1РУ перестанет обте­ каться током, а замыкающий контакт Л в цепи катушек 2РУ и ЗРУ закроется.

Через установленное время размыкающий контакт реле 1РУ в цепи катушки 1У закроется, а замыкающий контакт в цепи ка­ тушки 2РУ откроется. Это приведет к замыканию цепи катушки контактора 1У. С замыканием контактов 1У шунтируются первые секции пускового реостата. Через определенное время замкнется размыкающий контакт реле времени 2РУ, получит питание катушка 2У и контакты 2У зашунтируют вторые секции пускового реостата. То же произойдет с третьим контактором ускорения ЗУ, который накоротко замкнет последние секции пускового реостата. На этом пуск заканчивается, двигатель будет работать нормально при замк­ нутых накоротко контактных кольцах обмотки ротора.

Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку С, благо­ даря чему разомкнётся цепь управления, отключатся линейный контактор и обмотка статора двигателя. Одновременно с этим ра­ зомкнутся замыкающие контакты всех реле времени, отключая все контакторы ускорения, отчего схема практически мгновенно возвра­ тится в исходное положение и будет готова к следующему пуску.

Для описанной схемы управления асинхронным двигателем с фазным ротором характерно большое количество релейно-контактор- ной аппаратуры и, как следствие, низкая надежность. Время разгона двигателей часто оказывается завышенным из-за разрегулировки реле ускорения; пуск сопровождается большими толчками тока и момента, неблагоприятно отражающимися на работе электрообору­ дования. Поэтому в станциях управления приводом буровой лебедки в цепь ротора включают активное и индуктивное сопроти­ вления. Подробное описание этой схемы дано в гл. 6.

В схемах управления синхронными двигателями обычно пред­ усматривается автоматизация управления цепями статора; подача питания в обмотку возбуждения; отключения при перегрузках и защиты в аварийных режимах, а также торможения.

Процессы, имеющие место при пуске синхронных двигателей, рассмотрены в гл. 3, а конкретные схемы пуска — в главах 6 и 8.

В схемах управления синхронными двигателями применяется разнообразная защита. Ее выбирают, исходя из конкретных условий работы привода, мощности и напряжения применяемого двигателя.

Для небольших синхронных двигателей на напряжения до 1000 В защита статорных цепей принципиально одинакова с защитой короткозамкнутых асинхронных двигателей.

В ответственных электроприводах с мощными синхронными двигателями на напряжения выше 1000 В функции защиты расши­ ряются с применением дополнительной аппаратуры защиты. Отклю­ чения синхронных двигателей от сети могут происходить при зна­ чительных падениях напряжения, вызываемых короткими замыка­ ниями в энергосистемах. Чтобы предупредить такие отключения, применяют форсировку возбуждения. При снижениях напряжения на 15—20% от номинального устройство форсировки автоматически приходит в действие и закорачивает резистор в цепи обмотки воз­ буждения возбудителя. Ток возбуждения двигателя увеличивается, и двигатель, не выпадая из синхронизма, продолжает работать. Так как время восстановления нормального режима в энергосисте­ мах не превышает несколько секунд, то режим форсировки не бы­ вает длительным.

Электроприводы с синхронными двигателями обычно имеют защиту от обрыва в цепи возбуждения, защиту ,от затянувшегося пуска и от пуска при неподготовленной схеме управления.

На нефтепромыслах для управления синхронными двигателями чаще всего применяются схемы прямого пуска с глухоподключенным возбудителем.

Контрольные вопросы к главе 4

1.Каковы функции аппаратуры управления и защиты?

2.Какие аппараты называются ручными, а какие — автомати­ ческими?

3.Для какой цели служат плавкие предохранители?

4.Опишите конструкцию контактора переменного и постоянного

тока.

5.Опишите конструкцию и изложите принцип действия индук­ ционных и порошковых муфт.

8.Изложите последовательность работы аппаратов магнитного пускателя.

9.Какие виды защиты применяются в схемах управления син­ хронными двигателями?

пламегасящего. Его величина зависит от состава смеси: для медленно горящих смесей она больше, чем для быстро горящих.

Смеси делятся на категории в зависимости от величины критиче­ ского пламегасящего зазора между поверхностями фланцев шириной 25 мм при объеме оболочки 2,5 л:

Взрывоопасные паро- и газовоздушные смеси делят на г р у п п ы в зависимости от температуры их самовоспламенения — темпера­ туры, до которой должна быть равномерно нагрета смесь, чтобы возникло ее воспламенение без воздействия на нее извне открытого пламени.

В СССР с 1970 г. принята следующая классификация взрыво­ опасных смесей по группам:

В табл. 5.1 приведены некоторые горючие вещества, встреча­ ющиеся в нефтедобывающей промышленности, категории и группы взрывоопасное™, к которым они относятся.

Согласно «Правилам устройства электротехнических установок» (ПУЭ) взрывоопасные помещения и наружные установки делятся на шесть классов.

К нефтедобывающей промышленности непосредственно относятся

смеси могут создаваться при нормальных недлительных режимах работы, например при загрузке или разгрузке технологических

но имеющие такие особенности:

горючие газы в этих помещениях обладают высоким нижним пределом взрываемости (15% и более) и резким запахом при пре­ дельно допустимых по санитарным нормам концентрациях;

образование в помещениях в аварийных случаях общей взрыво­ опасной концентрации по условиям технологического процесса