книги из ГПНТБ / Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник

них ПУЭ [Л.1-2] и ГІТЭ [Л. 1-3], оптимизации работы си­ стем электроснабжения но 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 питания. Такие понижения напряжения, возникающие также при коротких замыканиях в самой системе электроснабжения предприятий, 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 мощности или качаниях генераторов, система электроснабжения предприятия не имеет защиты, но может помочь ликвида­ ции этих режимов отключением части потребителей сред­ ствами 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 руднотерми­ ческие электропечи с нагрузкой в десятки мегаватт и боль­ шой теплоемкостью могут быть отключены на 1—2 ч без существенных нарушений технологического процесса.

Расчет параметров послеаварийного установившегося режима сводится к определению допустимых перегрузок трансформаторов и сетей, определяющих ограничение по мощности нагрузок потребителей. Определение парамет­ ров режимов и их поддержание возлагаются на диспетчер­ скую службу главных энергетиков промышленных пред­ приятий (см. гл. 15).

1-5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

При определении оптимальных параметров систем электроснабжения промышленных предприятии необхо­ димо проанализировать несколько вариантов. Оптималь­ ный вариант определяется технико-экономическим расче-

20

том (ТЭР). Составляются варианты электроснабжения с различными схемами, напряжениями, мощностями транс­ форматоров и т. д. Сравниваемые варианты должны отве­ чать требованиям ПУЭ и других нормативных документов и 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

где рп = 0,12 -г- 0,15 — нормативный коэффициент эф­ фективности; К — единовременные капиталовложения по варианту электроснабжения; С — годовые издержки экс­ плуатации.

Последние определяются из выражения

С = Ср + Ср.0 + См-|-Сэ,

где Ср = рйК — отчисления на амортизацию, ра — коэф­ фициент амортизационных отчислений; Ср с — стоимость рабочей силы для обслуживания и текущего ремонта си­ стемы электроснабжения; См — стоимость материалов; Сэ — стоимость потерь энергии.

В целях упрощения расчетов величины К и С опреде­ ляются только для элементов систем электроснабжения, изменяющихся в сравниваемых вариантах. Например, при сравнении двух мощностей трансформаторов не учитываются выключатели, одинаковые в обоих вариан­ тах.

Величина, обратная нормативному коэффициенту эф­ фективности, выражает нормативный срок окупаемости:

7’ = -і-я«8 -т-6,7 лет.

Ра

Если строительство продолжается в течение Тс лет, то в формулу (1-1) подставляются приведенные к послед­

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 вложений определяются по укрупненным показателям стоимости элементов электроснабжения систем, приводи­ мых в справочниках.

В величине годовых издержек основную роль играет стоимость потерь электроэнергии, определяемая для энер­

а — удельная стоимость потерь активной мощности, вклю­ чая стоимость потерь электроэнергии, руб кВт.

предприятия с максимумом энергосистемы, определяемый по их суточным графикам; при совпадении максимумов кх — 1; а — удельные расходы, обусловленные необхо­ димостью расширения электростанций для покрытия по­ терь мощности, руб/кВт; ß — удельные затраты на рас­ ширение топливной базы для выработки дополнительной энергии и на оплату себестоимости ее выработки, руб/(кВт-ч); б — коэффициент, учитывающий увеличение стоимости электроэнергии в зависимости от удаленности предприятия от источника питания; т — число часов мак­ симальных потерь.

Значения а и ß для различных энергосистем цриведены в табл. 1-1.

22

Величины коэффициента б принимаются в следующих пределах для сетей различного напряжения:

Для определения стоимости потерь электроэнергии внутри предприятия в отдельных случаях пользуются двухставочным 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 (У руб/(кВт-ч) стоимость 1 кВт-ч потерь, руб/(кВт-ч),

удобнее пользоваться стоимостью 1 кВт потерь в год, руб/(кВт - год),

1-6. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Электроэнергия в промпредприятиях широко применя­ ется для привода различных механизмов, для освещения, для различных электротехнологических 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 для просвечивания металла рентгенов­ ским аппаратом, и др.

23

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 (ДГД) 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 системах энергия подводится к трехфазному 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 по 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 вспомогательных 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 индивидуаль­ 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 °о.

Напряжение. Согласно действующему стандарту для распределения электроэнергии на предприятиях применя­

стема постоянного тока напряжением 440 В может быть выполнена в виде трехпроводной 2 х220 В с заземленным средним полюсом.

Системы переменного трехфазного тока напряжением 220/127 и 380/220 В согласно ПУЭ 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, трехфазного 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 на 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 иметь разрыва по условиям техники безопасности.

* Напряжение 500 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 трехфазной трехпроводной сети с одной заземленной фазой и исполь­ зованием двухполюсной аппаратуры. Эта система полу­ чила название ДПЗ («два провода — земля»). Такая си­ стема применялась в США при напряжении 440 В. У нас такая система распространения в промышленности не получила. Неудовлетворительной показала себя в эк­ сплуатации система ДПЗ и в малонаселенных и сельских районах при напряжении 0—10 кВ.

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

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

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

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

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

товленные на частоту 50 Гц, могут применяться в сети

счастотой 60 Гц.

Впромышленности применяются также пониженные частоты:

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

27

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

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

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

Повышенные и высокие частоты применяются в про­ мышленности:

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

иудобным за счет применения быстроходных двигателей;

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

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

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

400Гц;

4)в установках индукционного сквозного нагрева

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

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

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

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

28

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

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

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

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

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

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

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

29